数控机床进给轴综合误差解耦建模与补偿研究

为建立高精度的数控机床综合误差补偿模型,提出一种针对机床定位误差的解耦分离建模方法。通过对数控机床温度场与定位误差进行测量,研究机床在不同工况下温度场与定位误差的变化规律,基于该规律定义机床定位误差敏感度的概念,采用灰色关联度算法建立定位误差敏感度矩阵并优化了测温点。根据机床定位误差变化规律,利用多元回归和GM(1,n)算法对机床几何基准误差和热误差进行解耦分离建模,并将上述模型进行线性叠加构建机床定位误差综合模型。在不同工况条件下对一台VXC-560型加工中心进行在线补偿,试验结果表明机床x轴在冷态条件下的定位误差从11.1μm降低到4.5μm,降幅为59.5%,在热态条件下的最大定位误差由34.9μm降低到8.2μm,降幅为76.5%,并验证了采用误差模型直接驱动机床硬件进行补偿的新思路,具有一定的工程应用前景。

宏微进给系统位置精度的误差补偿

对宏微进给系统的位置误差进行了检测和误差补偿。设计了基于压电型微驱动器的宏微双驱动精密定位系统,宏动台由伺服电机直接驱动,微动台由压电陶瓷驱动器和弹性铰构成,并由压电陶瓷驱动器驱动。微动台被安装在宏动台上,微动台和宏动台是串联的关系。宏动台只用于实现大行程微米级定位,而纳米级定位交由微动台实现。利用激光干涉仪对宏微进给沿导轨做直线运动时的定位误差和重复定位误差进行了检测,并参照数控轴线的定位精度和重复定位精度的定义对测量的误差数据进行了分析和处理。采用PMAC的丝杠补偿和间隙补偿功能对单、双向定位误差重复定位误差进行了补偿,并将补偿前后的检测结果进行了对比,轴线的定位误差和重复定位误差都显著减小,表明所采用的补偿策略是可行有效的。

数控机床进给系统刚度分析及前馈补偿控制研究

根据滚珠丝杠一端止推和两端止推两种方式,基于弹性力学原理建立了进给系统的轴向刚度模型和扭转刚度模型。分析了刚度对进给系统死区误差的影响,在对轴向变形引起的位移偏差和扭转变形引起的角位移偏差分析计算的基础上,给出了刚度引起的死区误差计算方法。建立了包含刚度环节的进给系统模型,通过仿真对系统动、静态性能和稳态误差进行了分析。为减小刚度因素对系统性能的影响,提出前馈控制方法进行刚度补偿,仿真结果表明该方法提高了系统的动、静态性能,使系统稳态误差减少了58%以上。

数控机床空心丝杠进给轴热误差补偿研究

文章以提高进给轴的精度为研究对象,目的是减小滚珠丝杠系统的热误差对加工精度的影响。改变传统的实心丝杠而设计成空心丝杠进给轴是减少滚珠丝杠内热量,降低成本的有效方法。然而,压力油在丝杠内循环流动只能够带走部分热量,文章在考虑进给轴结构优化的同时也分析了残余热量的热膨胀和热传导的效应,通过误差补偿的方式减小丝杠受热所带来的影响。实验证明这种补偿的方法是有效的。

数控机床丝杠传动系统热误差实时补偿技术

为了降低数控机床丝杠传动系统因热变形引起的定位误差,对丝杠传动系统进行分段,将其划分为若干段,开发了丝杠传动系统热补偿装置,利用该装置首先对丝杠各段的热误差进行检测,获得丝杠各段的热变形特性,将其数据存储于数控系统中,以此为补偿参数,对机床工作台运行到丝杠各个段时,实时进行所在段的热补偿。并以半闭环数控卧式加工中心为实验对象,对各轴进行分段化热变形检测和补偿实验,实验结果表明该补偿技术具有较好的实际补偿效果,有效地减小了各轴热变形引起的定位误差。

基于PMAC的微V槽阵列精密机床研发及其误差补偿

针对微V槽阵列元件V槽间距高精度等加工要求,开展了一种微V槽阵列元件磨削加工机床的研究与开发。介绍了机床的机械结构整体布局和主要零部件选型,并详细介绍了机床控制及驱动系统的结构系统。在机床软硬件平台支持下,基于工控机+PMAC运动控制器完成了系统控制软件的开发。针对微V槽间距较高的精度要求,开展了利用激光干涉仪进行测量和误差补偿的研究,并利用所研发的机床进行了加工实验的加工样件检测。实验和检测结果表明,所研发的微V槽阵列机床加工定位精度可控制在±0.5μm内,满足对微V槽阵列元件的高精度要求。

基于参考轨迹修正的机床进给误差动态补偿研究

针对机床伺服进给系统的跟踪精度问题,对线性伺服动力学补偿器和闭环伺服控制系统进行了研究,提出了一种新的动态误差补偿方案,该方法通过修正参考轨迹,对伺服动力学和摩擦干扰引起的定位误差进行了预补偿。首先,对参考轨迹的速度和加速度曲线进行了调制,实现了精确跟踪;然后,根据预滤波器状态,对参考位置曲线进行了修正,从而消除了象限毛刺;通过数字轨迹预滤波器得到了最优误差补偿,并通过迭代学习对其参数进行了自动调整;最终,在不同加工参数的多轴进给系统中进行了测试。研究结果表明:该补偿方案通过将2个补偿滤波器相结合,能够在无需复杂专业知识的条件下简单有效地将轮廓误差从10μm降至1μm,且适用于任意刀具轨迹。

基于车削加工工件测量的误差补偿技术

提出两种基于车削工件测量的误差补偿方法 ,即误差反向叠加的微进给补偿法与逆变刀具路线的软件补偿法 。

一种用于数控机床进给系统的迭代学习轮廓控制器的设计

数控机床进给系统产生的轮廓误差对产品质量有着严重的影响。为了对轮廓误差进行补偿,设计一种迭代学习轮廓控制器,用以提高进给系统的轮廓跟随效果。对数控机床进给系统进行分析后,获取其跟踪误差以及轮廓误差的模型。在该模型的基础上,设计线性插值法和圆域插值法,用来计算轮廓误差的大小。接着对进给系统在s域的闭环传递函数进行分析,采用PID反馈补偿器,设计迭代学习轮廓控制器,利用该控制器对实际轮廓误差进行补偿。仿真结果显示:采用此方法跟踪期望轨迹时,产生的最大跟踪误差为6.57%,较PID方法减小了5.7%;在跟踪期望轮廓时,产生的最大轮廓误差为0.8 mm,较PID方法减小了0.7 mm。由此说明此方法对轮廓误差的补偿性能较好,能够对数控机床进给系统的轮廓跟随准确度进行较好的控制。

基于车削加工工件测量的误差补偿技术

提出了两种基于车削工件测量的误差补偿方法,误差反向叠加的微进给补偿法与逆变刀具路线的 软件补偿法,介绍了这两种方法的原理与实现方法。

数控机床进给轴热误差补偿技术研究综述

机床在内外热源共同作用下产生热变形,严重影响机床的精度稳定性与零件加工精度,如何抑制机床热误差是一个重要的研究领域。介绍了机床热误差避免方法和热误差补偿方法的研究进展。分析了直线进给轴误差的成因,并阐述了有/无预紧条件下丝杠热变形过程及机理。介绍了温度测点位置优化方法,以及数据驱动与机理驱动的热误差建模理念、方法及特点。介绍了旋转进给轴热误差测试方法,并给出了其建模及补偿效果。最后,对进给轴热误差补偿技术研究进行了展望。