基于力致误差建模的工业机器人铣削加工工件位姿优化

针对工业机器人铣削加工过程中力致误差问题,以工件位姿为优化变量、工件表面法向力致误差为优化目标,构建工业机器人铣削加工力致误差模型及工件位姿优化模型,通过算法设计对优化模型进行求解,以确定最优工件位姿,并在ABB IRB6660工业机器人铣削加工平台上对优化模型进行实验验证。结果表明,采用优化模型求解确定的最优工件位姿处的平均法向力致误差相比优化前降低61.0%,应用该优化方法能够有效控制工业机器人铣削加工中的力致误差,有利于提高工业机器人铣削加工精度。

基于在机测量的薄壁件加工综合误差建模与补偿

薄壁零件因其优异的机械性能–重量比而广泛应用于航空航天等领域。但由于刚度低,薄壁件加工时受切削力与夹紧力的影响易产生变形,从而导致较大的加工误差。采用预测力致误差的解析解和有限元等方法难以应对复杂的加工工况。为解决这一难题,提出了一种综合误差补偿方法,可预测并补偿3大主要误差源:几何误差、热误差和力致误差。首先,对机床几何误差和热误差进行建模与补偿,为在线测量提供足够的运动精度。其次,采用在机测量方法获得力致误差。通过坐标变换方法,将各误差源的补偿值转换到同一坐标系中,实现了3个误差源的综合补偿。基于数控系统的原点偏移功能,开发了一套误差实时补偿系统。应用此补偿方法对两类薄壁件加工,加工误差降低74%以上,加工效率提高41%以上,充分验证了综合误差补偿方法的有效性。

力致齿轮变形对剐齿加工精度的影响分析

基于剐齿加工原理和齐次坐标变换理论,建立强力剐齿力致误差模型。首先,根据共轭曲面的啮合特性和两自由度空间啮合原理,得到含误差的齿面方程,建立力致误差与法向齿廓误差的映射关系。然后,通过建立齿轮工件的有限元模型和剐齿刀与齿轮接触回弹量计算模型,分别得到齿轮整体变形量和齿面接触回弹变形量。最后运用数值计算方法研究了齿轮变形对剐齿加工精度的影响。研究结果表明:相较于齿面接触回弹变形,齿轮几何误差对齿轮整体变形并不敏感。齿面接触回弹使理论齿廓发生了偏移,并随着切削力的增大,接触回弹量明显增大,齿廓法向误差增大。而随着剐齿刀与齿轮接触长度的增大,法向齿廓误差减小。

强力剐齿主轴变形对加工精度的影响分析

针对力致主轴变形影响齿轮加工精度的问题,基于梁弯曲变形理论,建立主轴剐削变形模型,分析了主轴变形对中心距误差和轴交角误差的影响。基于齐次坐标变换理论和剐齿加工原理,建立剐齿加工的力致误差模型和齿轮法向齿廓误差模型,研究了中心距误差、轴交角误差和不同方向主轴变形对齿轮法向齿廓误差的影响情况。研究结果表明,主轴变形会导致轴交角误差和中心距误差,进而引起切削过程中齿轮左右齿面的欠切和过切。其中轴交角误差和中心距误差随背吃刀量和进给量的增大而增大,轴交角误差对背吃刀量变化更敏感,中心距误差对进给量变化更敏感。

数控滚齿机工作台热-力变形分析及预测建模

为了减小滚齿机工作台变形对加工精度的影响,对工作台热、力变形进行了研究,提出一种基于子种群自适应思维进化算法优化反向传播(SAMEA-BP)神经网络的滚齿机工作台热-力变形预测方法。通过SAMEA对BP神经网络的初始值、权重和阈值等参量进行调整,有效提升了基于神经网络的热-力变形预测准确度。结合K均值聚类策略和灰色关联分析(GRA)对影响热误差的温度测点进行耦合性和关联度分析,将热误差输入变量从8个测点减少到3个;针对滚齿加工中切削力导致的工作台变形,利用机床主轴电流表征切削力,并作为预测模型的输入变量。试验结果表明:本文模型平均预测精度为95.1%,与其他模型进行的对比分析验证了本文SAMEA-BP模型的有效性和泛化性。