参数曲线光滑处理的双向四阶Taylor拟合方法

为了使数控轨迹更加光滑,以进一步提高加工效率,提出一种基于空间轴的光滑曲线双向四阶Taylor拟合方法,通过优化使曲率更平缓来进一步降低拟合曲线的轮廓误差。首先,在参数曲线上选取有限均匀的数据点计算参数各阶导数以及曲率、挠率等微分几何量,以建立Frenet坐标系;然后,在第i区间始末两个数据点分别进行前向和后向四阶Taylor展开,根据刀位点在始末两个数据点形成的参数空间的相对距离确定耦合权重的拟合曲线;最后,通过坐标反变换得到机床坐标系XYZ下的优化轨迹。通过对原始轨迹和双向四阶Taylor拟合进行比较表明,随着阶数的提高,轮廓误差逐渐降低,曲率均值、曲率极差和曲率的导数极差均趋近原始曲线。通过对标准圆和高速列车车轮踏面LM-32进行拟合测试表明,相比拟合曲线,所提方法得到的优化曲线曲率变化连续,轮廓误差小4μm~5μm。

数控机床传动轴位置信号采集及线性误差补偿设计

为了提高数控机床传动轴位置线性误差补偿能力,运用误差补偿方法对机床伺服系统的位置环信号进行采集,设计了一种数控机床传动轴位置信号采集及线性误差补偿方法。通过引入了一种测温方法来采集被测点温度,并对测试数据修正,计算温度偏差补偿值来达到对该系统线性错误补偿的功能。研究结果表明,重构方差发生了增大,形成了更小的最大误差,曲率积分递推过程获得的误差也更小,实现了更优重构效果。对各类误差按照特定方式实施补偿,采用线性误差的形式,实现机床坐标实时补偿的功能。该研究具有很好的实际推广价值,可适用于其他类型的机床精度控制领域。

基于EFAST方法的三坐标数控机床几何精度灵敏度分析

机床几何误差是影响机床加工精度的主要因素之一,本文针对机床几何误差建模、几何精度灵敏度分析、筛选关键几何误差等问题进行研究。结合多体系统理论和齐次坐标变换建立三坐标数控机床的几何误差模型,求解机床空间位置误差表达式。使用雷尼绍XL-80激光干涉仪对三坐标数控机床进行几何误差测量试验,将测量结果导入九线法误差辨识模型,辨识三坐标数控机床的21项几何误差。应用Simlab软件中的拓展傅里叶幅值灵敏度检验方法(EFAST)对三坐标数控机床的几何误差进行灵敏度分析,并筛选出影响三坐标数控机床加工精度的关键几何误差。此外,以关键几何误差为基础,建立三坐标数控机床的简化几何误差模型,与三坐标数控机床的几何误差模型进行对比分析。结果表明,该方法可合理经济地提高三坐标数控机床加工精度及几何误差补偿。

一种考虑关节跃度约束的实时刀具路径光顺算法

针对机器人加工过程中关节跃度超过约束的问题,提出一种考虑机器人关节跃度约束的刀具路径光顺算法。采用有限冲激响应滤波器插值算法对五轴刀具路径进行光顺处理,一步完成了路径光顺和速度规划。建立了关节与刀具之间的速度、加速度和跃度关系,通过调整时间常数保证了关节跃度不超过约束。考虑机器人关节加速度约束后,该算法计算出的时间常数更小。仿真和实验结果表明该算法能减小关节的跟踪误差,提高机器人的工作稳定性。

基于几何精度可靠性的三坐标立式数控机床加工精度研究

机床几何误差是影响机床加工精度的主要因素,对此针对机床几何误差建模、加工精度可靠性分析、加工精度可靠性预测等问题进行研究。文中基于多体系统理论和齐次坐标变换理论,建立三坐标数控(computer numerical control,CNC)机床几何误差模型,求解空间位置误差表达式。基于三坐标数控机床空间位置误差表达式,建立三坐标数控机床加工精度的可靠性函数。使用雷尼绍XL-80激光干涉仪对三坐标数控机床进行几何误差测量试验,将测量结果导入九线法误差辨识模型,辨识出机床的21项几何误差值。针对可靠性函数和21项几何误差值,应用经过改进的一次二阶矩法和蒙特卡洛法对三坐标数控机床加工精度进行可靠性分析。以可靠性分析结果和21项几何误差值作为径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络的数据集,基于RBF神经网络建立三坐标数控机床加工精度可靠性预测模型。此研究对提高数控机床加工精度可靠性有指导意义。

关于在五轴数控机床上加工涡轮叶片的研究

制造业领域开发了一项创新技术,该技术深度融合了UG与特定的软件模块,用于加工不同表面,从而提高生产效率、降低成本并减少加工涡轮叶片的周期时间。本文描述了使用与5轴CNC机床集成的UG NXCAD/CAM软件优化刀具路径。涡轮叶片的初始模型在UG NX CAD中构建,随后利用UG NX CAM软件的高级功能进行刀具路径的规划与优化。加工完成后,涡轮叶片通过先进的3D坐标测量仪进行全面检测,结果显示,采用该技术加工的涡轮叶片在尺寸精度上达到了极高的标准,偏差极小,充分验证了该技术在提升加工质量与效率方面的卓越性能。

数控机床原点、参考点、工件零点的区别和联系

机床原点和参考点是定义数控机床运动的两个重要的概念,二者既有区别又有联系。机床原点也就是机床坐标系的零点是数控机床进行位置测量、控制、显示的统一基准。本文从新的视角定义了数控机床参考点的概念,概述了参考点在数控机床中的作用以及在什么条件下需要重新设定参考点。结合实际工作中设定数控机床X、Y、Z轴参考点的操作方法,通过总结其内在原理进一步阐明了参考点的特性。通过设定或建立参考点之后机床的原点才有实际意义,而机床的原点是在机床设计之初就确定的,只有有了机床的原点才能设定参考点的位置,这就是二者之间的区别和联系。工件零点是工件坐标系的原点,它是在机床坐标系的基础上为方便数控编程而根据工件的特点设定的。

Rough set based optimization method of machine tools in cloud manufacturing

Cloud Manufacturing(CMfg),combining with the technologies of Cloud computing and Internet of Things,is an intelligent networked manufacturing model,which can quickly integrate various distributed manufacturing resources for collaboratively completing the complex and customized manufacturing tasks.One of the key technologies supporting this model is the optimal manufacturing resources in the CMfg systems,typically machine tools(MTs).In this paper,the attributes of MTs in cloud environment are analyzed,the constraint relationship between the attributes and the optimization criteria of MTs is established,and an optimization method of MTs based on rough set is proposed.Finally,a case study is discussed to validate the feasibility and effectiveness of the proposed method.

传统机床与Free-Form型机床运动的等效转换

给出了基于空间坐标系变换把普通铣齿机调整参数转换成Free form型机床调整参数的原理与方法。在两种机床坐标系下保持刀盘相对工件的运动关系不变 ,通过耦合两种机床下的坐标系使两种机床的运动关系完全等效 ,由此原理推出了普通铣齿机向Free form型机床转换的显式转换公式 ,该公式适用于任意一种传统的加工方法和机床。最后通过实例 ,利用TCA进行了分析验证。本文提出的转换方法概念清晰 ,转换简单 ,不会引起转换误差 ,是一种针对两类机床完全等效的转换方法。

一种并联机床运动平台位姿测量方法

提出一种采用附加测量机构直接测量并联机床运动平台位姿精度的方法。其基本思想是根据运动平台的运动特性在固定平台和运动平台之间增设附加测量机构，当运动平台运动时带动测量机构运动，通过安装在测量机构上的传感器测得广义坐标参量， 经运动学建模即可得到运动平台的位姿。当测量机构位姿正解求解速度满足实时控制要求时，利用该反馈信息对机床进行实时精度补偿和控制。基于上述思想建立的并联机床位姿测量系统可部分排除机床切削力变形和运动副间隙等误差， 从而提高机床的位姿测量精度。以一种五坐标并联机床为例，介绍采用附加测量机构直接测量运动平台位姿精度的建模方法。其中， 测量机构的综合十分重要。测量机构的组成决定了运动学模型的复杂程度， 即决定了运动学模型的计算效率。

基于外部机床坐标系偏移的热误差实时补偿

基于数控系统的外部机床坐标系偏移功能 ,通过修改数控系统中的 PLC程序 ,将数控机床的热变形误差 ,即工件与刀具间的相对热运动值读入数控系统 ,利用外部机床坐标系的偏移而实现热误差的实时补偿 ,开发研制了高精度、低成本、满足实际要求的热误差实时补偿系统。经实际生产应用 。

中继卫星调度问题的CSP模型

中继卫星在地球同步静止轨道上运行,既能直视中、低轨道用户航天器,又能直视地面站,是沟通用户航天器与地面站的桥梁。中继卫星调度问题是一类非常重要的调度问题。基于约束满足理论,通过分析中继卫星调度问题的特点与约束条件,建立了中继卫星调度问题的CSP模型。利用卫星工具箱STK进行模拟仿真,对CSP模型进行了求解。结果表明,所建立的CSP模型是合理的。

基于临界约束的四轴数控加工刀轴优化方法

针对自由曲面四轴加工中复杂刀具运动导致的干涉和刀具运动不连续等现象,提出一种基于临界约束的刀轴优化方法。基于刀具与工件约束曲面之间的相对位置关系,利用曲线上的点搜索算法确定切触点处的临界刀轴矢量,并计算当前切触点刀轴摆动的可行域;以切削行内所有切触点的刀轴可行域为基础,建立当前切削行内无干涉且相邻刀轴变化最小的刀轴矢量优化模型,实现了自由曲面四轴加工无干涉刀轴矢量的光顺控制。整体叶盘四轴加工试验表明,利用此方法获得的刀轴矢量可以显著改善机床运动的连续性,并避免刀具干涉的产生,提高了加工质量。

基于极坐标的空间曲线刀心轨迹算法与自动编程实现

介绍了鞋楦的造型方法和数控加工原理,分析了鞋楦加工的刀位计算原理和加工拟合误差,提出了一种基于极坐标的空间曲线的无干涉刀心轨迹生成方法,该算法有效地解决了加工中出现的欠切削及法矢干涉等问题以及在极坐标情况下自动编程所出现的特殊问题,本算法适于各种空间曲线的环切加工。

并联机床运动仿真与运动学分析的新方法

为了不建立数学模型完成并联机床机构的运动仿真和运动学分析,提出综合利用CAD软件所具有的装配约束和尺寸驱动功能实现运动仿真和运动学分析的方法。给定刀具位置与姿态的驱动尺寸和杆件长度的被驱动尺寸,在装配约束作用下驱动尺寸带动整个机构运动,实现运动仿真,记录杆件长度的被驱动尺寸,得到杆长的值。用Matlab软件拟合杆长数据,得到刀具位姿(驱动尺寸)与每个杆长值(被驱动尺寸)的拟合曲线和拟合方程,求解了杆件的速度和加速度方程。计算机模拟结果表明,并联机床运动仿真与运动学分析方法简捷直观,速度快,求解精度高,可完成其他多自由度并联机构的运动仿真和运动学分析,是并联机构的运动仿真和运动学分析的有效工具。

交叉式并联机床工作空间分析

对BJ-04-02(A)型交叉式并联机床工作空间进行了分析研究,建立了机床工作空间的三维仿真模型。通过考虑其机构约束条件,采用极限坐标搜索法确定了并联机床的工作空间边界点,在此基础上绘出了工作空间边界曲面的图形;仿真结果与机床实际可到工作空间一致性较好,验证了所建模型的有效性。

基于公差约束的复杂曲面宽行加工方法

为了提高复杂曲面环形刀加工的加工效率,结合设计公差带,对复杂曲面的宽行加工算法进行研究。借用二阶泰勒逼近方法计算整条切削轨迹的切削带宽,根据设定的切削带宽比率阈值对其进行切削带宽可调整性评估;针对符合可调整性的切削轨迹,分析影响切削带宽的切触点,在公差约束范围内,将实际切触点沿其所在位置曲面法矢反方向平移一段合适的距离,从而反算出最优的切削带宽。通过分析切触点变化后曲面性质对切削带宽的影响,说明了公差约束思想在宽行加工算法中具有通用性。算例表明,与二阶泰勒逼近算法相比,该方法能大幅度地提高切削带宽,提高量可达到原切削带宽的26.5%,同时,切触点轨迹长度缩短了22.7%;仿真结果验证了该方法在复杂曲面环形刀宽行加工中的有效性。

基于内点法实现关节式坐标测量机参数标定

提出一种基于内点法的关节式坐标测量机参数自标定方法。首先,基于D-H方法,建立关节式坐标测量机的运动学模型,在此基础上建立参数误差模型。利用自制标定块,采用多位姿测量多点的方法获得标定用数据,从而使该标定方法能够在现场应用;以测量机的长度测量精度为基础建立目标函数,利用内点法进行参数辨识,该算法对迭代初值无要求,可有效提高参数标定成功率。通过标定实验得到坐标测量机的运动学参数,验证了该方法的可行性。经过标定后,关节式坐标测量机的单点重复性精度和长度测量精度分别提高了93.65倍和100.13倍。

串并联数控机床的作业空间分析

鉴于并联机床普遍存在有效作业空间小、运动控制复杂和实用刚度还不理想等不足,采用了串并联混合式机床运动结构.针对所研究的4-4构型串并联机床,分析了影响作业性能的几何约束条件,采用基于位置逆解模型的极限边界数值搜索法,确定了机床作业空间,并通过数值仿真研究获得了机床运动参数和结构参数对作业空间的影响规律,为优化机床结构尺寸以获得尽可能大的有效作业空间奠定了基础.

3PTT-2R串并联数控机床动力学耦合特性研究

为较好地保证机床动力学特性和在复杂曲面加工过程中有较好的加工精度,基于机构运动和受力规律,针对设计的3并联2串联混合型数控机床进行动力学耦合问题研究。提出了一种联合应用凯恩方程及拉格朗日方程的动力学解耦方法。建立了机床串联及并联部分完整的动力学耦合模型并确定了耦合因素。进行了复杂曲面零件的动力学耦合仿真,仿真结果表明:建立的动力学耦合模型是正确且可行的,符合运动学及受力规律。进行了复杂曲面零件的切削加工实验,机床运行平稳且速度较快,无较大奇异位置及耦合误差。表面粗糙度结果反映了机床的运动精度,干涉条纹证明了机床受力均匀。实验结果表明理论分析正确,该研究方法和过程不仅能够真实、主动和有效地解决机床动力学耦合问题,而且可为后续机床精确伺服控制提供基础。