摇篮式五轴机床的电火花加工仿真

以自主设计的卧式摇篮式五轴机床为研究对象,利用UG软件绘制五轴机床模型,将模型各组件导入到VERICUT9.2.2中构建仿真平台。详细介绍仿真平台的建立过程、VERICUT中相关参数的设置方法、毛坯的设置和调整、刀具的创建等内容。运行VERICUT仿真模拟加工过程并观察加工效果。经过实践验证,该仿真平台能有效避免机床碰撞等事故的发生。

带RTCP功能的五轴机床后处理程序开发

为解决带旋转刀具中心点(RTCP)功能五轴机床的后处理问题,以国产桌面式双回转工作台型五轴机床结构为研究对象,对其运动链进行了分析和建模,建立了其正向运动学方程;对旋转轴和平动轴分别进行了反向运动学求解,分析了旋转轴双解问题的求解策略;同时结合五轴机床的RTCP功能,开发了一套通用性较强的后置处理程序。最后对后处理程序进行了五轴加工实验,验证了该程序在实际应用中的正确性和有效性。

四主轴头五轴机床多工步加工路径优化

针对四主轴头多工步加工空行程耗时多的问题,基于空行程路径最短原则研究了无碰撞多工步加工路径优化方法。以四主轴头机床为对象确定了关节坐标系,在单面加工空行程规划基础上,建立了多面空行程计算模型和防碰撞多工步路径优化模型。基于同一面优先排序原则,在内层混合粒子群算法(GA-PSO)基础上融合了贪心算法,提出了双层混合粒子群优化算法(GA-PSO)。其中内层算法用于优化单一面上路径轨迹,外层算法用于优化多面间加工顺序。通过内外层优化算法间的不断迭代分层优化空行程,实现了整体多工步路径优化。对双层GA-PSO算法进行了算例分析,与遗传算法相比具有更快的收敛速度和更短的加工路径,最后通过虚拟仿真进一步验证了该路径优化算法的可行性。

双转台五轴机床旋转轴位置无关几何误差的辨识

旋转轴的位置无关几何误差(PIGEs)是影响五轴机床加工精度的重要因素。以AC双转台五轴机床为研究对象,提出一种基于差分演化算法的旋转轴PIGEs辨识方法。首先,建立机床旋转轴PIGEs和球杆仪杆长变化的关系模型,使用已有的辨识方法获得机床旋转轴PIGEs初始解,然后定义优化目标函数,通过差分演化算法整体优化求解旋转轴PIGEs,提高旋转轴PIGEs辨识准确性。实验与仿真的结果表明提出的旋转轴PIGEs辨识方法可有效提高辨识准确性。

基于自修正模型的五轴机床RTCP标定方法

针对传统五轴机床回转中心的标定方法的精度和效率问题,提出一种带有自动修正功能的双摇篮式五轴机床RTCP的标定方法。应用最小二乘拟合的粗自动标定和“自校验-自修正”的精自动标定方案,通过引入试切校验思想,使用接触式探头和标准球对现有RTCP参数进行精度自校验,并根据误差反推RTCP参数,然后再次校验,不断迭代优化并逐步逼近最优解,形成闭环标定。经过试切和标准球校验显示,经过自修正精度优化的结果单方向误差在0.01 mm以内,对比粗标定误差0.03~0.06 mm,精度提升66%以上,且多组实验的重复性能良好。

五轴机床正迎来国产化春天

五轴机床的国产化春天正在来临。第十八届中国国际机床展览会(CIMT2023)的展会现场,既有行业老兵,也涌现出很多新面孔。瞄准高端发动机和叶片加工,是老面孔大连科德的长项。企业对于叶轮顶端曲线的加工有独到之处,在航空航天的机加工领域占据一席之地。

Radian激光跟踪仪在五轴机床RTCP高精度测试中的应用

在五轴加工中心数控系统中,认为RTCP即:Rotated Tool Center Point,也就是我们常说的刀尖点跟随功能。在五轴加工中,追求刀尖点轨迹及刀具与工件间的姿态时,由于回转运动,会产生刀尖点的附加运动,造成数控系统控制点与刀尖点的不重合,因此数控系统要自动修正控制点,以保证刀尖点按指令既定轨迹运动。此技术也被称之为TCPM、TCPC或RPCP等。在RTCP状态下实施五轴机床的检测,就是为了精准综合分析控制点是否修正到位,以及刀尖点运动轨迹的精度。

双转台五轴机床空间误差补偿技术研究

几何误差、热误差和切削力误差占到了机床总误差的75%,对这3项误差进行控制是提高机床加工精度的关键所在。以双转台五轴机床的空间误差作为研究对象,通过对加工位置、主要热源及电动机电流等相关因素进行分析,确定空间误差建模所需的位移变量、温度变量和切削力变量。以现有的多种误差建模方法为基础,通过对信息融合技术进行研究,提出一种机床空间误差的多模型融合预测方法,建立综合反映几何误差、热误差和切削力误差的最优空间误差模型。最后以DSP为核心,设计空间误差补偿器,实施空间误差补偿,验证补偿效果。结果显示,建立的模型预测精度较高,残差小于2μm,而实施空间误差补偿后,加工零件的轮廓误差也由15μm降到了5μm,补偿效果明显。

五轴机床旋转轴几何误差分析与补偿

五轴机床旋转轴之间装配所导致的位置无关几何误差(position independent geometric error,PIGEs)是决定机床精度的关键因素,如何量化PIGEs对位姿精度的影响程度以及误差项之间的耦合作用强弱,从而合理地确定补偿值的权重系数是目前机床误差补偿技术所关注的热点问题。为降低五轴机床装配导致的PIGEs对机床精度的影响,首先,基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了混合式五轴机床几何误差综合模型,表征了空间误差向量与几何误差项之间的映射关系。其次,考虑几何误差的分布特性,引入Morris全局灵敏度分析方法量化几何误差的作用效果及误差参数间的耦合强弱,通过灰色关联度分析表征误差的敏感性系数与位置向量、姿态向量间的关联程度,基于分析结果确定位置无关几何误差补偿值的权重系数。最后,以摆头–转台为特征的混合式五轴机床为例,进行基于球杆仪(double ball bar,DBB)的几何误差测量辨识实验,利用辨识值进行虚拟圆锥台轨迹测量、误差补偿和复杂曲面零件加工实验。结果显示:10项几何误差对姿态误差的直接作用效果最为明显,利用基于敏感性分析的修正补偿值进行误差补偿后,虚拟圆锥台测量轨迹的半径偏差减小了65.1%,圆度误差降低了58.8%。基于误差分析实施误差补偿后,“S”型工件的轮廓精度平均提升了49.9%,误差补偿结果验证了误差分析结果的准确性和有效性。

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。

五轴机床误差建模与补偿解析新算法

为了建立高精度的五轴机床综合误差补偿模型,假设机床各部件为刚体连接,简化了机床运动拓扑关系,并解析了59项综合误差分量。基于小误差假设,运用多体动力学对机床几何误差和热误差统一建模,提出了新型综合误差补偿模型。综合机床各轴热误差解析结果,提出了针对主轴热误差和进给轴热误差的新型测量法:5点测量法和6点测量法。考虑到机床热误差测量点分布离散且数据信息不完整,运用灰色系统理论建立了变权系数GM(1,n)热误差预测模型,并完成了热误差曲线拟合。实验证明理论预测值与实验结果一致,主轴模型误差范围在0～2μm之间,进给轴模型误差在0～12μm之间。将该算法用SIMEMS840D数控系统中的PMC单元开发实时补偿软件,实验表明机床在完成补偿后误差变化量在0～29μm之内。

基于五轴机床的叶轮实体建模与加工

由于整体叶轮的叶片是扭曲的,在建模和加工方面都有极大的困难。相比三轴加工机床,五轴机床具有较高的生产率和较好的加工质量等优点。根据实际工程数据,选用Pro/Engineer软件对实体叶轮进行造型,并对整体叶轮数控加工的走刀路径进行了分析和研究,针对干涉问题,选取刀轴自动避让功能,并定义刀轴限界功能。成功将NC程序从Powermill软件中导入到DEMAGE五轴机床。并以某离心式压缩机整体叶轮产品为例进行了加工验证,加工出了实体产品。实验结果表明选用的加工方法和工艺是非常成功的。

基于通用运动模型的五轴机床后置处理

在分析各种五轴数控机床结构的基础上,运用机构学理论建立一种通用的五轴机床机构学模型。利用齐次坐标变换矩阵和正向运动学分析得到通用五轴机床结构的形状创成函数,通过对形状创成函数进行逆向运动学分析得到五轴数控数据完整的表达式,实现了各种配置类型的正交和非正交五轴机床数控数据的通用表达和不同类型五轴机床之间数控数据的相互转换,提高了数控代码的通用性和可移植性。最后基于通用模型,使用C++和QT开发出了一种五轴机床通用后置处理程序,并通过VERICUT仿真软件和实际加工验证了所开发的后置处理的可行性和高效性。

(A-C)式双摆头五轴机床旋转角的选择及优化

非模态主轴的五轴双摆头机床C轴不能360°自由回转,文章针对这个问题,基于该类机床的基本后置处理算法,提出了一种旋转角优化选择方法,并结合JAVA语言,开发出对该机床的专用后置处理器。最后,通过对某QQ零件的加工验证了旋转角优化选择法在多轴数控加工中具有重要的实用价值,同时此法也为其他同类机床解决旋转角受限问题提供了一定的参考。

五轴机床旋转轴误差的在机测量与模糊径向基神经网络建模

考虑五轴机床中的旋转轴误差会影响加工精度和在机测量结果,本文研究了旋转轴误差的在机测量与建模方法。介绍了基于标准球和机床在机测量系统的旋转轴综合误差测量方法,采用随机Hammersely序列分组规划旋转轴的测量角位置,通过自由安放策略确定标准球初始安装位置。然后,引入模糊减法聚类和模糊C-均值聚类(Fuzzy C-means,FCM)建立旋转轴误差的径向基(Radial basis function,RBF)神经网络预测模型。最后,进行数学透明解析,从而为误差的精确解析建模提供新途径。利用曲面的在机测量实例验证了提出的旋转轴误差测量与建模方法。结果表明:利用所建模型计算的预测位置与实测位置的距离偏差平均值为9.6μm,最大值不超过15μm;利用所建模型补偿工件的在机测量结果后,其平均值由32.5μm减小到13.6μm,最大误差也由62.3μm减小到18.6μm。结果显示,提出的测量方法操作简单,自动化程度高;模糊RBF神经网络的学习速度快、适应能力强、鲁棒性好,能满足高度非线性、强耦合的旋转轴误差建模要求。

无限旋转C轴工作台结构的五轴机床后置转角求解

当前五轴机床C轴工作台的转动行程已由某个限定范围扩展为无限范围(n×360°),但通常后置处理中的转角求解方法不能使求解范围扩展到无限,因而制约了机床性能的发挥。针对该问题,建立基于多体系统理论的五轴机床转动轴运动学方程,通过定义"最小运动圆周"来改进五轴机床转角的计算方法,对后置转角求解区域进行了扩展,并给出了具体的求解流程。该求解算法可以有效提高C轴工作台的转动连续性。最后在某结构类型的机床上进行了后置求解仿真试验,验证了算法的可行性和有效性。

基于特征试件加工的五轴机床线性轴动态误差测量

五轴机床在现代工业生产中有着极其重要的地位,零件的复杂化使得机床在加工时会产生各种误差,其中动态误差是不可避免的一部分。阐述动态误差产生的原因,分析加工过程中影响动态误差的因素。为了能够快速、准确地测量机床的动态误差,设计实验加工特征工件,并在DMU80T型五轴数控机床上进一步加工,分别进行在机测量、三坐标测量机测量,计算动态误差。加工曲面特征工件,在曲面加工时,采用切比雪夫多项式对各项误差进行预拟合,得到关于各误差项系数的方程,最终得到误差的表达式。采用这种方法,可以将曲面加工耦合的动态误差直接分离出来。最后将2个试件的动态误差进行比较。结果表明:在高速曲面加工过程中,动态误差是曲面加工误差的主要部分,大于直线加工时的动态误差。

摇篮式五轴机床空间误差的简化建模方法

针对摇篮式五轴机床进行空间误差建模研究。根据机床结构,综合考虑运动误差和主轴热误差的影响,提出了一种新的机床坐标系设置方法,从而降低了误差模型的复杂性,建立了简化的空间误差模型。该模型数学表达式简单,物理意义明确,为进一步进行误差辨识和误差补偿奠定了理论基础。

超精密五轴机床的几何误差建模和灵敏度分析

基于设计出超精密机床的目的,研究了机床的几何误差建模和误差的灵敏度分析。基于刚体运动学和齐次变换矩阵(Homogeneous Transformation Matrix,HTM)建立了RTTTR配置的超精密五轴机床的几何误差模型,模型涉及37个误差分量。分别对37个误差分量进行了几何误差的灵敏度分析,分析结果将应用于超精密五轴机床的设计与制造上。

A、C双摆头型五轴机床工作精度检验方法研究

结合NAS979圆锥台试件对A、C双摆头型五轴机床工作精度检验方法进行了研究。制定了包括装夹方法、刀具、切削参数在内的加工工艺;运用NX8.0软件生成了刀具轨迹;基于NX8.0构建了适用于西门子840D系统的A、C双摆头型五轴机床后置处理器,利用其生成了加工程序;用VERICUT软件对加工程序进行了仿真;对试件进行了实际加工与检测,精度合格。通过研究总结出了用NAS979圆锥台试件对A、C双摆头型五轴机床进行工作精度检验的方法。