考虑多源误差影响的谐波减速器传动误差建模与分析

为解决现有谐波减速器传动误差建模方法的不足,提出一种考虑装配误差、齿面误差的综合误差建模方法。该方法首先建立装配误差和齿面误差数学模型,并进行误差影响参数分析。其次,测量实验样机装配偏心量和歪斜角度,基于模型得到对应偏心误差、歪斜误差模型理论值,齿面加工误差幅值按一般加工工况大小代入模型,得到对应加工误差模型理论值;然后,分别进行500 h、1500 h、3000 h时长的磨损实验,磨损后进行齿面形貌扫描和数据分析,得到对应的齿面形貌参数,基于模型得到对应的磨损误差模型理论值。最后,综合考虑多源误差影响,设置3组同型号样机,进行传动误差实验。实验结果表明:考虑装配偏心、歪斜和齿面加工等影响因素,传动误差的实验测量值与模型理论值误差在1.7~3.3%之间;综合考虑装配偏心、歪斜、齿面加工、齿面磨损等影响因素,在磨损500 h、1500 h、3000 h后传动误差的实验测量值与模型理论值误差分别在-3.45~2.07%、-5.88~-2.94%、1.33~5.33%之间。

谐波齿轮传动的传动误差建模与补偿

针对谐波传动齿轮的角传动误差和静态定位误差很难实时精确测量和补偿的问题,建立了一种对谐波齿轮角传动误差及静态定位误差进行预测的数学模型,并探索了误差补偿的方法。在建模中,特别分析了微位移区域非线性弹性变形引起的角传动误差,以及各种常规研究中讨论过的同步分量;并应用具有滞回属性的滚动摩擦建模框架对非线性弹性分量进行了数学建模,最终将所提出的传动误差模型作为一种前馈补偿应用于模拟谐波齿轮传动系统。研究结果表明,所提出的建模和补偿方法能有效预测和补偿谐波传动系统的角传动误差,同时使其稳态散射降低40%,大大提高了传动系统的静态定位精度。

零传动滚齿机几何误差建模及补偿研究

几何误差是零传动滚齿机的主要误差。在研究零传动滚齿机结构的基础之上,分析其产生几何误差的主要原因和误差来源,利用齐次变换传递矩阵分别建立了滚刀主轴和工件主轴几何误差模型;然后结合两轴的几何误差模型建立了综合误差模型;最后利用该误差模型对零传动滚齿机的几何误差进行补偿,试验证明,补偿后零传动滚齿机的加工精度有了明显提高,这对进一步提高机床加工精度有重要的理论和实验依据。

基于在机测量的薄壁叶片加工误差建模与补偿方法

薄壁叶片具备结构复杂、刚度弱、材料难加工等特性,且在加工过程中受到力导致变形、刀具磨损及机床精度演变等多源影响,造成其加工精度差、周期长。针对此问题,提出了基于在机测量的薄壁叶片加工误差建模与补偿方法,建立了基于机器学习的加工误差模型以及基于迭代系数的补偿值修正计算方法,开发了基于数控系统原点偏移功能的加工误差实时补偿系统,实现了复杂工况下薄壁叶片加工误差的在机检测、自动建模与实时补偿。薄壁叶片铣削加工验证试验结果表明,在机测量-补偿加工后的薄壁叶片无论是弹性变形为主的背部还是塑性变形为主的前部,其加工误差均得到较好的抑制,有效提高了其加工精度。

非球面数控磨床热误差建模分析与补偿研究

文献调研了占比(40~70)%的热误差是影响数控机床加工精度的最主要因素,探讨了研究对象非球面数控磨床的结构特征,分析了非球面数控磨床热误差存在的基本形式,提出了基于统计学理论的多元线性回归模型算法进行热误差建模的具体方案,针对非球面数控磨床磨轮轴轴向热误差进行了多元线性回归建模,并构建了热误差补偿系统,实验表明,研究的基于多元线性回归模型算法和热误差补偿系统可以有效的实施非球面数控磨床磨轮轴轴向热误差补偿,补偿后残差方差降至4.216e-002,可以满足非球面数控磨床精密磨削需求。

精密卧式车床热误差溯源、建模与实时补偿

精密卧式车床的关键部件会在内外热源的综合影响下发生热变形,进而严重影响加工精度。数据驱动的热误差建模方法为解决此问题提供了有效手段,而厘清车床的关键热误差元素及其传导机理可进一步提高车床热误差的建模效率、精度和鲁棒性。文章针对车床X轴丝杠摩擦热、主轴发热、Z轴鞍座发热以及液压刀塔和拖板发热4个关键热误差元素开展了溯源测试,并根据溯源结果建立了热误差模型并开发了热误差实时补偿系统。车削验证实验结果表明,补偿后车床的加工误差在反复的加工和冷机过程中均稳定降低了75%以上,文章所提的热误差溯源和补偿方法有效提高了车床的加工精度和稳定性。

基于改进分段三次Hermite插值的机床复合误差建模与补偿

为降低精密卧式加工中心几何误差与热误差而产生的复合误差,文中提出一种基于改进分段三次Hermite插值(improved piecewise cubic Hermite interpolation, IPCHI)算法的复合误差建模方法。为建立复合误差模型,在JIG630精密卧式加工中心上开展试验,采用温度传感器和激光干涉仪分别获取机床温度值和定位误差分析整个温升过程中的误差数据,总结误差分布规律,运用IPCHI算法识别并建立几何误差和热误差的数学模型。运用复合误差模型进行补偿实验,精密卧式加工中心常温下的最大定位误差从-10.1μm降至2.3μm,补偿77%;温升之后定位误差从-19.8μm降至2.6μm,补偿87%,验证了IPCHI模型在实际误差补偿中具有明显的补偿效果。

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。

车床主轴与进给轴耦合热误差建模及补偿研究

针对车床实际加工中主轴与进给轴的热误差相互耦合共同影响工件精度的问题,建立了综合热误差模型并进行了有效补偿。以海德曼HTC500/500精密车床为研究对象,对车床主轴与进给轴热误差的耦合关系进行了解耦;利用模糊聚类理论实现了车床测温点的优化分组,建立了主轴与进给轴的耦合热误差多元线性回归模型,并在精密车床上得到实际应用。结果表明:车床耦合热误差模型符合实际工况,模糊聚类有效降低了温度变量之间的多重共线性,提高了模型的预测精度;主轴x/z方向的预测精度达88.4%、90.7%,进给轴x/z方向的预测精度达82.9%、71.3%;补偿后车床x/z方向精度分别提高了60.3%、56.6%,证明了耦合热误差模型的准确性。

基于在线最小二乘支持向量机的数控机床热误差建模与补偿

为消除数控机床热误差对加工精度的影响,提出了基于在线最小二乘支持向量机的数控机床热误差建模方法。为构建机床热误差模型,进行了建模实验,采用智能温度传感器与激光位移传感器分别测量机床温度值与主轴热变形量。将获得的数据进行在线最小二乘支持向量机建模训练,构建机床热误差模型。在根据模型得出误差预测值的同时,可以不断根据在线输入的新数据修正热误差模型本身,运算时间短,适用于在线建模。实验结果表明,基于在线最小二乘支持向量机的数控机床热误差建模方法具有精度高、鲁棒性强和计算时间短的特点。在此基础上,根据在线模型进行热误差补差,可有效消除机床热误差影响,提高数控机床的加工精度。

双转台五轴数控机床热误差建模、检测及补偿实验研究

以实验室自行开发的双转台五轴数控机床为研究对象,利用研制的温度和热误差检测系统测量了双转台五轴机床的温度场和热误差。基于相关分析原理,确立了建模和补偿用的最优敏感热源点。利用MATLAB建立了该机床的多元线性回归分析热误差模型。实验表明,补偿后机床热误差平均减小了40%。

基于时间序列算法的数控机床热误差建模及其实时补偿

提出了一种基于时间序列算法的机床热误差建模方法.通过时序算法综合分析软件,对实测的热误差数据进行预处理、模式识别、模型参数估计、循环定阶判别以及模型整合,建立表征机床热误差变化规律的实时补偿模型,并通过判别温度变化趋势,实时调整模型迭代系数.通过实时补偿系统,利用所建立的热误差补偿模型对数控机床的热漂移误差进行实时补偿加工.结果表明,工件的径向尺寸误差从补偿前最大的112μm降低到7μm,机床加工精度和稳定性大幅度提高.

考虑工件热变形的大型结构件误差建模与补偿

为减少大型结构件的加工误差,基于热特性分析建立了考虑工件热变形的综合误差模型及其补偿方法.分析光栅尺温度变化产生热变形的机理,并通过热流研究光栅尺局部的非线性温度变化规律,对龙门加工中心几何误差和热误差分别建模,并叠加生成复合误差模型.建立工件热变形与温度变化量之间的线性模型,并分析加工过程中复合误差与工件热变形之间的相互关系,建立考虑工件热变形的综合误差模型.利用数控系统外部机械原点偏移功能,应用自主研制的误差实时补偿系统,并依据考虑工件热变形的综合误差模型,实现对龙门加工中心的误差补偿.结果表明:只考虑机床误差时,复合误差模型有很高的预测精度,但并不能应用到有较大工件热变形的大型结构件加工中;而考虑工件热变形的综合误差模型在大型扭力臂的实际加工中效果良好,其加工定位精度至少提高了52%.

零传动滚齿机几何误差和热误差综合建模

几何误差和热误差是零传动滚齿机的主要误差。在研究零传动滚齿机结构的基础上,分析产生几何误差的主要原因和误差来源,以此建立了几何误差模型;然后分析产生热误差的主要因素,并结合几何误差模型,将热误差反映在几何误差坐标系上,根据坐标变换建立了几何误差和热误差的综合模型,为研究零传动滚齿机误差补偿方法提供了依据。

基于热变形反馈信息的三坐标测量机误差建模与补偿

研究以三坐标测量机的温度场和热变形反馈信息作为控制变量，用自适应共振网络ＡＲＴ２模型 识别热变形特征点，建立测量空间内综合热变形效应的坐标测量误差补偿神经网络模型，以 ＶＩＶＡ８６０型三坐标测量机为例，对环境温度１５～２５ ℃范围内综合热效应坐标测量误差建模补 偿进行一系列试验研究。研究结果表明：综合利用热变形特征信息和温度场特征信息进行综 合热效应坐标测量误差建模补偿，可使三坐标测量机的热态精度提高４倍以上。这些研究， 开辟了三坐标测量机综合热效应坐标测量误差补偿技术工程应用的新途径。

具有建模误差补偿的三相逆变器模型预测控制算法

对于三相逆变器模型预测控制系统,传统的有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)算法未考虑建模误差对系统控制的影响,导致所选择的最优控制量在实施控制时已失去最优性。对此设计了一种具有建模误差补偿的三相逆变器有限控制集模型预测控制(FCS-MPCMEC)算法,该算法以前一时刻三相逆变器的建模误差补偿当前时刻三相逆变器预测模型的输出,从而实现对三相逆变器预测模型建模误差的在线补偿。通过对比实验分析了基于FCS-MPC算法及FCS-MPCMEC算法的三相逆变器在空载、带阻感性负载、带非线性负载及负载投入等工况下的控制性能。实验结果表明:在上述所有工况下,FCS-MPCMEC算法对三相逆变器的控制效果均优于传统FCS-MPC算法。

基于OE-CM算法的机床主轴热误差建模与补偿分析

针对机床热误差建模过程中,误差信息不透明、数据特性不全面等不利因素,根据机床主轴热误差实验数据,分别采用GM(1,n)模型和最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型建立主轴热误差预测模型并进行线性叠加,然后采用预测有效度算法调整模型加权系数,建立了最优有效度复合预测模型(OE-CM)以获取最佳预测效果。在VXC-560型三轴数控机床上进行在线实验建模,实验结果表明:OECM具有预测精度高、鲁棒性好等特点,整体预测效果优于灰色GM(1,n)模型和LS-SVM模型,适合在复杂工况条件下对机床主轴热误差进行预测和补偿,为提高机床热误差补偿精度建立了理论模型。为了验证该预测模型的有效性,对所研究的机床主轴进行热误差在线补偿,机床主轴Z向最大误差从23.8μm减小到8μm,减幅达到66.4%,较好地提高了机床精度,具有一定的工程化推广前景。

微纳米三坐标测量机三轴垂直度误差测量及建模补偿

垂直度误差是微纳米三坐标测量机的重要误差源之一,必须对其进行高精度测量并建立垂直度误差的补偿模型。采用基于光电位置敏感器件(PSD)的测量装置,先将三轴垂直度误差转化成相应方向的直线度误差再对其进行测量,并对微纳米三坐标测量机的垂直度误差进行建模和补偿。通过对0级标准量块厚度进行测量和垂直度误差补偿,量块X、Y方向厚度测量误差分别减小了11μm和4μm,验证了垂直度误差测量方法和补偿模型的有效性。

RBF网络在线建模方法在热误差实时补偿技术中的应用

应用径向基(RBF)神经网络模型的学习性能,对一台数控加工中心的主轴温度与主轴径向热误差关系分别进行离线建模与在线建模对比研究,并将2种建模方法用于实例分析.结果表明,RBF神经网络模型能够反映数控机床的热特性,准确实时预报机床热误差.当工况发生较大变化时,在线建模能够及时补充系统信息,更好地反映机床系统热性能,从而精确预报机床的热误差,提高了误差补偿效果.

大型龙门机床的直线度误差建模及误差补偿

为减小大型龙门数控机床空间直线度误差,提高国产数控机床加工精度,提出基于B样条曲线的空间直线度误差模型及其补偿方法。使用激光干涉仪分别检测三轴龙门数控机床6个方向的直线度误差,应用B样条方法建立空间直线度误差数学模型.利用数控系统外部机械原点偏移功能,应用自主研发的误差实时补偿系统并依据基于B样条曲线的空间直线度误差数学模型,实现对大型龙门数控机床的空间直线度误差补偿.采用两轴联动补偿切削导轨面的方法进行试验,并与多项式模型和斜线插补模型进行对比,结果表明:B样条模型补偿后的导轨直线度最优,检测的导轨各方向直线度误差均减小90%以上,显著提高了大型龙门数控机床加工精度.