五轴数控机床旋转轴综合误差测量与辨识

针对五轴数控机床旋转轴的运动误差和几何误差的综合评估问题,在不考虑直线轴运动误差影响的情况下,提出了一种采用R-test测量仪的测量及其辨识方法。首先,测量过程按照参考球的两种不同高度设置进行,仅移动旋转轴,而不移动直线轴。其次,利用R-test测量仪对旋转轴的运动精度进行了测量。此外,假设旋转轴位置几何误差和工作台上参考球的设置误差是影响测量结果的因素,并通过最小二乘法对这些因素进行分离。采用IBS公司的R-test测量仪,对米克朗公司UCP800Duro立式五轴加工中心C轴的运动误差和几何误差进行了测量实验。研究结果表明,该方法能够正确识别旋转轴的运动误差和几何误差,可以有效地综合评估旋转轴的运动精度,并有助于进一步提高旋转工作台的精度。

五轴联动机床主运动构件重复碰撞瞬态动力学特性分析

为了提高五轴联动机床的整体性能,提出五轴联动机床主运动构件重复碰撞瞬态动力学特性分析方法,对其主运动构件的动力学特性进行分析。建立五轴联动机床的运动学模型,对其运动学特性展开分析;根据机床的运动学特性,建立柔性杆重复碰撞系统以及碰撞过程的动力学方程;最后在St.VENANT杆波动理论的基础上分析柔性杆在多次碰撞和分离过程中的瞬态动力学特性。实验结果表明:与其他方法对比,所提方法能够准确获得柔性杆的变形、位移和撞击力变化情况,且具有较高的分析精度。

五轴联动机床虚拟加工系统构建及仿真验证

五轴联动机床具有3个直线轴和2个回转轴,能在一次装夹中完成复杂曲面及异形几何特征类零件加工。实际加工过程中,刀具与工件相对运动复杂,常遇到刀具干涉。基于此,以五轴联动机床为研究对象,进行机床结构的运动链分析和零部件建模、装配,进而阐述了虚拟加工系统构建方法。最后以风扇叶轮加工为例,在已构建的系统上进行仿真验证。结果表明,该系统可以模拟双转台型五轴联动机床实际切削运动过程,可以发现加工过程中可能存在的干涉、碰撞等,对实际生产起到一定的指导作用。该研究不仅可以为类似五轴数控机床虚拟加工系统构建提供借鉴,而且对提高加工仿真技术及五轴机床应用水平也具有重要的价值。

基于模块化设计的高性能五轴联动机床的设计

针对目前国产五轴加工机床精度不高、可拓性弱、可靠性差的问题,开发一款性价比高的高性能五轴联动机床。基于模块化设计理念,采用数字化设计技术,对机床的整体结构进行了合理规划。该机床主要由底座、龙门架、摇篮工作台、鞍座、立柱、主轴箱、刀库7个模块组成。其中底座、立柱、龙门架等关键部件均为自主设计开发。完成了机床安装调试。测试结果表明,机床的加工精度及表面质量均合格,加工性能达到了设计要求,关键性能指标优秀,加工零件3D轮廓精度0.015~0.025 mm,机床刚性0.5 mm,操作维护方便。所设计的机床售价为每台100~120万元,仅为进口机床的1/3,价格优势显著;同时该机床具有一机多用功能,在满足企业生产需求的同时,有效提升了企业的市场竞争力,推动了制造业的高质量发展。

小型四轴数控机床的结构设计

为满足大学和工业环境中复杂零件的加工需求并提高零件在加工操作的效率和精度,采用了经过细致计算参数后的三维数据模型建模方法,设计出了一台紧凑型四轴数控机床,该机床不仅具备三轴数控铣床的功能,还可以对铝轴类零件进行多平面一次装夹加工。机床外形尺寸为1200 mm×1000 mm×1500 mm,采用底部重式结构,最大限度地减少加工过程中的振动,支架结构能承受大侧弯矩。完成该装置的设计可以提高零件加工精度和加工效率,满足实际的加工需求。

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。

考虑结合面刚度的五轴数控机床几何误差分析与建模

几何误差是影响五轴机床加工精度的重要因素,但目前的建模方法通常未考虑机床结合面刚度的影响。以双转台五轴数控机床为例,基于多体理论对切削点描述运动误差矩阵,然后通过赫兹接触理论分析机床主要部件间的结合部刚度,构建考虑刚度的几何误差模型。通过数值仿真验证所建模型的正确性,研究结果可为双转台五轴数控机床的改进设计和误差补偿提供参考。

双转台五轴数控机床旋转轴位置无关几何误差辨识

针对双转台五轴数控机床旋转轴几何误差辨识精度问题,提出一种在机床坐标系下的旋转轴位置无关几何误差(PIGEs)辨识模型。建立了刀具球与工件球在机床坐标系下的实际初始坐标,通过逆矩阵得到工件球在所测轴的实际初始位置,基于4种测量模式建立了包含球杆仪安装误差与旋转轴PIGEs的杆长变化量数学模型。仿真分析了PIGEs对测量模式的影响,结果表明刀具球在两旋转轴轴线交点位置时,平行度误差不影响球杆仪杆长变化量。最后,通过实验辨识出旋转轴8项PIGEs,并对旋转轴PIGEs的4项位置误差进行补偿。实验结果表明,补偿后的位置误差最大绝对值由203.5μm减小至5.1μm,所提出的辨识模型可以有效提高五轴机床精度。

五轴数控机床轮廓误差计算和预测方法

轮廓误差是评价五轴数控机床加工性能的重要指标。为了计算和预测轮廓误差,提出了一种基于Simulink数字孪生(SDT)模型的计算和预测五轴机床轮廓误差的方法。首先,以“S”形试件为研究对象,利用UG软件得到了加工G代码和刀位信息,利用刀位点和刀具的几何关系计算得到了加工表面点云,同时考虑了刀具轨迹和刀轴姿态,根据NURBS曲面拟合方法,拟合出了理想和实际加工表面;然后,利用霍斯豪夫距离计算了预测点和实际加工表面的法向距离,即轮廓误差,同时在欧式空间中预测了非可展直纹面加工中出现的过切、欠切和奇异点缺陷,轮廓误差在69μm到241μm之间,表明实际加工特征和数字孪生模型预测结果一致;最后,利用残差平方和来评价拟合精度,计算了目标面平均轮廓误差。研究结果表明:五轴轮廓误差计算精度提高了37%,与雅克比矩阵方法相比,计算效率提高了25%,正反向计算误差在±0.6μm之内,证明了该方法的有效性。该结果可为后续机床数字孪生建模、轮廓误差计算与补偿提供一定的参考。

基于球杆仪的五轴数控机床误差快速检测方法

几何误差是五轴数控机床重要误差源,针对传统测量方法仪器昂贵、测量周期长问题,提出基于球杆仪的五轴数控机床几何误差快速检测方法。对于机床的平动轴误差,利用多体系统理论及齐次坐标变换法,建立平动轴空间误差模型,通过球杆仪在同一平面不同位置进行两次圆轨迹,辨识出4项平动轴关键线性误差;针对五轴机床的转台和摆动轴,设计基于球杆仪的多条空间测试轨迹,完整求解出旋转轴12项几何误差。实验结果显示,所提方法获得转角定位误差与激光干涉仪法最大误差为0.001 8°,利用检测结果进行机床空间误差补偿,测试轨迹偏差由16μm降至4μm,为补偿前的25%,验证了方法的有效性。提出的五轴机床几何误差检测方法方便、便捷,适用于工业现场。

虚拟轴机床的位置精度检测与补偿

文章使用Renishaw激光干涉仪检测了虚拟轴机床中并联机构Z轴的正、反向定位精度及重复定位精度,并对测量结果进行了分析。基于精度定义,建立了Z轴正、反向单向定位精度及反向差值补偿的数学模型。通过虚实轴的空间映射,利用PMAC的丝杠和间隙补偿功能进行了精度补偿。检测结果显示,补偿后正、反向定位精度显著提高,反向间隙明显减小。

基于最小二乘法的五轴联动数控机床加工误差补偿方法

由于机床运动轴几何误差、热误差等多种因素的影响,实际加工过程中往往存在较大的误差。为了提高加工精度,提出一种基于最小二乘法的五轴联动数控机床加工误差补偿方法。构建机床参考坐标系到刀具的变换矩阵以及参考坐标系到工件的变换矩阵。基于两种变换矩阵,构建五轴联动数控机床综合误差模型。同时,建立机床的误差非线性补偿模型,引入单位矩阵,通过最小二乘法实施待估计参数的非线性参数估计,实现机床加工误差补偿。实验结果表明:设计方法的加工误差可以控制在0.01 mm以内,通过消除非线性因素的影响实现了加工误差的大幅降低;在精加工阶段,其领先地位得到进一步巩固。

基于插补算法的多轴数控机床刀具加工轮廓误差控制方法

多轴数控机床刀具在高速加工时容易出现振动和弯曲等现象,导致加工轮廓误差增大。为此提出一种基于插补算法的多轴数控机床刀具加工轮廓误差控制方法。首先构建刀具加工轮廓误差计算模型,运用实时采样周期中刀具实际位置与上一周期刀具位置的差值,计算刀具在坐标轴上的轮廓误差分量,获取轮廓误差。然后采用插补算法,建立刀具加工轮廓插补控制器,根据设定的缩放因子对比修正轮廓误差,实现误差控制。实验结果表明:该方法控制精准度高,对刀具加工轮廓误差改善效果好,且轮廓误差控制在0.025 mm以内,刀具加工轮廓运行同步性强。

五轴机床运动学建模与几何误差补偿

相对三轴机床,五轴机床包含三个线性轴和两个旋转轴,轴数和轴类型的增加使得五轴机床的几何误差建模更加复杂。本文基于齐次坐标变换理论,构建各线性轴和旋转轴的DH矩阵和误差矩阵,通过运动链配置关系获得考虑几何误差的五轴机床的运动学模型;基于梯度方法,构建轴空间和笛卡尔空间的微分运动映射雅克比矩阵;结合考虑误差的正运动学和误差映射模型,获得末端位姿偏差与轴端位置偏差的补偿量映射关系;实现考虑误差的通用五轴机床逆运动学迭代求解。仿真和分析证明所提方法可以有效改善机床各运动轴装配偏差引起的加工轮廓误差。

针对五轴机床RTCP检测的测量结果可视化研究

RTCP(rotation tool centre point)检测方法是一种被广泛应用的五轴机床动态控制精度检测方法,目前针对RTCP检测的测量结果可视化方法对误差检测结果信息的展示完整度、误差图像特征明显程度等方面有进一步提升的空间,值得进一步研究改进。提出了一种新型误差检测结果可视化方法,将误差信息转化为极坐标形式,将误差数据进行极坐标网格化展示,能够更加充分地展示检测结果信息和图像特征,并通过应用示例论证了该方法的有效性、相对传统方法的优势、以及在误差溯源方面的应用潜力。目前,该方法已在ISO10791国际标准修订草案的会议讨论中获得应用,取得了良好的展示效果。

四轴数控机床对刀方法研究

根据多轴数控机床的运动结构特性对四轴数控机床进行分类,提出卡盘式立式四轴类、桥板式卧式四轴类两种四轴数控机床的对刀方法,为不同结构类型多轴数控机床的对刀提供有效参考。

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。

五轴机床的铣车转换编程及切削优化应用研究

针对五轴数控机床加工新能源汽车电动机缸套铝合金零件时,需使用机床车削功能加工缸套内、外壁回转体形状的生产需求,研究运用宏指令在五轴复合机床上进行铣车转换编程应用,将机床主轴定向锁紧及安装车削刀具,并通过机床摇篮工作台内装置的力矩电机,使工作台具备高速旋转和抵抗车削加工抗力功能。分析五轴机床转换为立式车削中心后的加工受力情况,运用VERICUT软件模拟缸套零件车削加工过程,根据机床受力仿真图表和极限值设定调整切削深度和工件转速等加工参数,提高了缸套铣车复合加工精度的质量和效率。

基于球杆仪的五轴数控机床动态精度检测

针对五轴数控机床的动态精度检验,提出一种基于球杆仪的五轴联动检测方法。该方法基于传统圆弧检测,通过研究S试件构型,提取S形试件加工时五轴联动刀轴矢量,与圆弧检测点位进行匹配,使得在刀尖点做圆周运动的同时,刀轴做复杂摆动,从而模拟在加工复杂曲面时机床的实际运动状态;构建了基于球杆仪的五轴数控机床动态误差模型,通过运动链传递,推导出各轴动态误差与球杆仪数据的表达式;利用该方法指导各轴伺服参数优化调整,能够提高数控机床的动态精度。通过进行在机测量实验,验证了该方法对数控机床五轴动态性能检测的有效性。

五轴铣车机床加工铝合金变形模拟分析及应用

针对五轴铣车复合机床加工电动汽车铝合金电动机壳薄壁零件时容易产生铝合金局部变形等缺陷问题,分析铝合金电动机壳的结构特点,阐述运用五轴机床的铣、车转换功能固定机床主轴便于安装车刀,使用力矩电机驱动工作台高速旋转,将电动机壳内壁加工转变为简单的车削加工。应用ANSYS有限元软件模拟分析不同车削深度时刀具与工件的摩擦生热、塑性变形和切削受力情况,根据模拟结果合理精准选择数控加工编程时的车削深度参数,从而减少铝合金零件加工变形缺陷,提高薄壁铝合金零件五轴加工的精度、质量和效率。