基于EFAST的三轴立式加工中心几何误差敏感性分析

为了正确识别和判定机床关键几何误差元素对机床精度设计的影响,提出一种基于指数积（Product of exponential, POE）旋量理论和拓展傅里叶幅度检验 (Extended Fourier amplitude sensitivity test, EFAST)的机床关键几何误差元素识别方法。首先,基于POE旋量理论建立机床几何误差模型,得到机床几何误差元素与机床空间误差之间的关联函数;其次,采用EFAST全局敏感性分析方法分析和量化误差敏感性,识别关键几何误差元素和强耦合几何误差元素;最后,在具有开放式数控系统Carver800T型三轴立式加工中心上进行基于全局敏感性分析的误差补偿试验,在制定补偿策略时,利用建立的方差和敏感度系数之间的定量关系来补偿机床几何误差的随机特性。结果表明,误差补偿后机床精度得到明显提高,沿X轴、Y轴和Z轴方向的平均补偿率分别达到60%、66%和74%,验证了本文方法的可行性、准确性和有效性。     

基于张量理论的数控机床误差补偿模型

为了进一步提高数控机床多体运动学误差模型的精度,提出了基于张量理论的机床误差补偿模型。首先面向数控系统列表插值补偿方式,提出了应用张量理论设定基础阶、扩展阶和误差阶来建立机床误差张量模型。然后,提出了采用设定机床信息、建立张量模型及设定检测参数3个流程实施误差补偿,并通过多元回归分析提出了采用4阶多项式拟合机床空间误差。最后,以某重型车铣复合机床实验为例,提出了分轴步进对角线法下的张量误差模型,采用球杆仪进行了圆度误差检测实验,结果表明该方法能够有效地提高机床精度,比多体运动学误差模型的补偿效果更优。     

基于多体理论的数控机床精度逆设计方法

为使机床精度设计有定量的理论数值供参考,依据线性空间集合与映射的数学理论,以多体系统误差建模理论为基础,建立了机床几何误差综合作用时的产品加工质量近似模型。运用蒙特卡罗法对满足加工精度要求的产品进行关键参数数据抽样,从而依据近似模型逆向推导数控机床各轴几何精度。以螺旋锥齿轮铣齿机各轴精度逆设计为例,近似模型以显式的方式揭示了机床几何误差和齿面加工误差间的定量关系,可有效地依据齿轮精度要求逆向推导机床各轴几何精度。     

摆头转台型五轴机床旋转轴运动误差测量与辨识

为了快速、系统地辨识摆头转台型五轴机床旋转轴几何误差中的12项运动误差,提出了一种基于球杆仪(Double ball bar,DBB)五次安装的运动误差测量辨识方法。首先,结合摆头转台型五轴机床旋转轴分布特征,基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了旋转轴局部坐标系下的测量模型,表征了空间误差向量与几何误差项之间的映射关系。其次,通过设置DBB初始安装位置及方向,实现了不同测量模式之间的连续切换,从而构造了五次安装法,辨识了摆头转台型五轴机床2个旋转轴共计12项运动误差,降低了DBB安装误差对测量及辨识结果准确性的影响。最后,在摆头转台型五轴机床上利用五次安装法进行基于DBB的运动误差测量辨识实验以及虚拟圆锥台轨迹测量实验,利用辨识值进行误差补偿,结果显示两个旋转轴的几何误差平均降低了48. 89%和51. 49%,虚拟圆锥台测量轨迹的半径偏差降低了50. 52%。误差补偿结果验证了测量、辨识的准确性和有效性。     

基于微分变化构造法的数控机床几何误差补偿方法

为了使得机床误差建模与补偿过程紧密联系,同时避免雅可比矩阵繁琐的计算,提出一种基于微分变化构造法的机床几何误差补偿方法。根据坐标系微分变化矩阵建立机床几何误差模型。基于机床正向运动链顺序建立各个运动轴微分变化矩阵,结合各个运动轴几何误差对应的微分运动矢量计算得到运动轴几何误差对刀具精度影响,相加得到刀具坐标下的综合微分变化矩阵,通过机床正向运动学模型将刀具综合误差转换到工作台坐标系下得到机床刀具位置误差。采用微分变化构造法提取各个运动轴微分变化矩阵相应子矩阵构造得到机床雅可比矩阵,计算刀具坐标系综合误差对应运动轴补偿量得到机床补偿加工代码,微分变化构造法无需额外计算,且重新使用建模过程建立的矩阵。在北京精雕Carver800T加工中心进行实验,补偿后工件总误差降低了30%左右,验证了基于微分变化构造法的几何误差补偿方法的有效性。     

我国数控机床几何误差的补偿分析

文章对数控机床几何误差产生的原因作了比较详细的分析,将系统误差的补偿方法进行了归纳,并在此基础上阐述了各类误差补偿方法的应用场合,为进一步实现机床精度的软升级打下基础。     

农机部件加工模型误差补偿技术的研究

随着近年来科学技术的不断进步与发展,机械化设备对零部件要求越来越高,仅仅是依靠优化生产环境、强化数控机床刚度和提高装配精度等方法,已经无法满足企业对零部件精度的要求。几何误差补偿技术不需要对机床进行改造,就能大幅度地提高机床生产零部件的精度,近年来成为提高加工机床制作精度的主流方法。为此,根据几何误差相邻体间位置关系和误差分析方法,设计研究了一种加工模型误差软件测量和补偿系统。该系统能够准确对机床定位和方向间隙误差进行补偿,大大提高农机零部件加工机床的定位与运动精度,可大幅度提高加工质量。     

数控加工中心空间误差场建模与仿真软件设计

针对数控加工中心中存在影响加工精度的几何误差问题,进行了空间几何误差场建模分析并设计了一种通用的空间误差场仿真分析软件。首先,基于多体系统理论对几何误差元素进行了分析,根据加工中心拓扑结构建立了空间误差场模型,模型与加工中心的工件链和刀具链中的运动轴类型和位置密切相关。为了方便分析不同类型加工中心的误差场,基于Visual Studio平台设计了三轴数控加工中心通用的空间误差场仿真软件,可实现加工中心误差场的可视化,同时可针对工件的加工代码生成补偿后加工代码,有利于加工中心的结构设计和后续误差补偿。最后将误差场仿真软件应用到Carver800T型立式加工中心。结合测量得到的误差项数据对加工中心工作空间误差场进行分析,得到工作空间误差分布曲线以及整个工作空间的误差场分布,同时得到工件补偿加工代码,为该加工中心的精度提高和误差补偿提供了依据。     

数控机床误差补偿技术的研究

数控机床误差动态综合补偿已列入国家科技重大专项"高档数控机床与基础制造装备"表明我国政府对数控机床误差动态综合补偿技术的高度重视。文章主要从几何误差、热误差、切削力误差三个方面研究数控机床误差补偿技术,进一步提高数控机床加工精度,提高我国的机床及制造装备技术水平,增大国产机床在市场中的份额     

基于切比雪夫多项式的数控机床几何误差参数化建模

为了快速精确地建立机床几何误差项数学模型,提出了一种基于切比雪夫多项式的参数化建模方法。首先针对测量得到的机床基本几何项数据,将机床相应运动轴进给量转化为切比雪夫变量。其次将切比雪夫变量代入不同阶次的切比雪夫多项式得到相应的值。然后根据切比雪夫基函数值和切比雪夫变量用多元线性回归方法获得相应的系数,得到关于切比雪夫基函数的数学模型。最后将运动轴进给量与切比雪夫变量之间的转化关系代入得到基本几何误差项的数学模型。建模过程简单且易程序化,切比雪夫多项式的高逼近精度使得建立的模型精度高。将所有几何误差项参数化模型代入机床几何误差模型综合数学模型,从而可得到机床工作空间几何误差场分布。以MV-5A三轴立式加工中心为例,将各个几何误差项参数化模型代入机床几何误差模型中得到该机床综合几何误差数学模型,进而得到该机床工作空间几何误差场分布,为机床设计和误差补偿提供了理论依据。     

自动采棉机表面几何特性与数控加工技术分析

为进一步提高自动采棉机各部件加工与装配精度,实现采棉机作业效率与作业寿命的提升,以自动采棉机的组成结构及作业原理为基础,针对表面几何特性与数控加工技术进行分析。依据自动采摘机实际作业过程中出现的摘锭磨损等故障,给出自动采棉机零部件的数控加工工序模型,运用UG软件三维建模同时进行层次化的加工工艺流程设计及走刀算法优化。以自动采棉机核心部件数控加工系统结构为基准,给定准确的数控代码与加工控制信息,经余量优化误差补偿完成一次加工设计,在特定的虚拟加工环境下进行数控加工仿真试验,结果表明:融入了多规则加工技术核心算法,该型采棉机核心部件的加工误差整体得到降低,且平均提升效果达81.76%,其中锥面长度的加工误差提升效果最好,可达84.42%。该试验分析可为自动采棉机的整机发展提供一定优化思路,具有很好的推广意义。     

精密镗床旋转轴几何误差完备性测量与辨识

针对四轴卧式镗床旋转轴需测几何误差的数目不统一与完备性缺失的问题,提出了基于形状创成函数的四轴卧式镗床旋转轴PIGEs形成机理分析方法与旋转轴完备几何误差测量辨识方法。基于形状创成机理构建了卧式镗床几何误差创成函数,确定了旋转轴可通过误差补偿进行调整的最少与位置无关的几何误差(Position-independent geometric error, PIGEs)数目。建立了卧式镗床旋转轴4项PIGEs、6项与位置有关的几何误差(Position-dependent geometric error, PDGEs)、6项安装误差(Setup error, SEs)与球杆仪(Double ball bar, DBB)测量轨迹半径之间的完备性函数模型,设计了基于DBB的四轴联动Viviani曲线测量轨迹,构建了旋转轴6项PDGEs的NURBS表征与PIGEs、SEs辨识方法。开展了误差补偿对比实验验证,结果表明,利用几何误差完备性测量与辨识结果进行误差补偿,较仅单一补偿6项PDGEs可提升圆轨迹测量精度40.69%。     

形位公差带的方向研究

文章分析了形位公差带及其方向的概念,简要分析了形位公差带方向在实际应用中的几种情况。     

机器人末端运动特征几何化描述与分析方法

针对现有运动特征信息不完整以及代数分析方法较为抽象的现状,提出了基于高斯几何学的机器人末端运动特征几何化描述与分析方法。首先,基于高斯几何学将直线、曲线、平面以及曲面等均视作可描述末端运动特征的独立空间,进而建立了基于高斯几何学的运动特征描述模型;然后,基于该描述模型制定了末端运动特征的求并和求交运算规则,并提出了机器人末端运动特征的分析方法;最后,结合实例验证了上述几何化描述与分析方法的有效性。     

长喉槽计算原理及几何设计

应用液体连续性方程和能量方程讨论了长喉槽水力计算的基本原理,采用边界层理论分析了水流流经长喉槽的水头损失,从而得到了计算长喉槽水位～流量关系的方法;通过对长喉槽运行机理的分析,采用动态二分副近法对长喉槽几何尺寸进行自动拟定,并应用Ｃ语言编写了计算长喉槽水位～流量叛乱 度及几何设计等的应用程序;将该部分应用程序与长喉槽ＣＡＤ绘图软件相结合,实现了长喉槽计算、设计、绘图一体化。     

基于共形几何代数的并联机器人逆运动学分析方法

运动学分析是并联机器人运动学性能评估和结构尺寸优化的基础。现有并联机器人运动学分析方法存在几何建模与几何计算相分离的问题,本文利用共形几何代数(Conformal geometric algebra, CGA)集几何表示和计算为一体的优势,提出一种并联机器人逆运动学分析方法。根据动平台位姿参数给出动平台刚体运动算子,通过共形几何代数框架下的几何积实现动平台上任意点的刚体变换,得到任意点在运动过程中的共形几何表达式;结合机构中尺寸、几何约束,利用内积运算,建立机构运动学方程;根据运动学方程,进行运动学反解计算和速度分析。以3自由度的3-RPS并联机器人和6自由度6-UPS并联机器人为例,对所提方法进行验证,并将逆运动学推导结果与仿真软件所得结果进行了对比,验证了本文提出方法的正确性。该方法将空间向量和旋转表示等几何对象与矩阵乘法、矢量外积等计算方式相结合,使得并联机器人空间几何问题统一在一个代数系统中进行处理,因此分析过程几何直观性较强,简化了运动学逆解分析计算过程。     

拱坝几何参数的设计

以三圆心拱坝为例，根据一些最基本的原始数据，推求出拱坝所有的几何设计参数，从而可在整体上对拱坝进行优化设计，在短时间内获取合理的设计方案。文中将推求工作条理化、公式化，如与拱坝应力分析程序相结合，就可能在计算机上进行拱坝多方案的优化设计。