MOTION ERROR ESTIMATION OF 5-AXIS MACHINING CENTER USING DBB METHOD

In order to estimate the motion errors of 5-axis machine center, the double ball bar （DBB） method is adopted to realize the diagnosis procedure. The motion error sources of rotary axes in 5-axis machining center comprise of the alignment error of rotary axes and the angular error due to various factors, e.g. the inclination of rotary axes. From sensitive viewpoints, each motion error is possible to have a particular sensitive direction in which deviation of DBB error trace arises from only some specific error sources. The model of the DBB error trace is established according to the spatial geometry theory. Accordingly, the sensitive direction of each motion error source is made clear through numerical simulation, which is used as the reference patterns for rotational error estimation. The estimation method is proposed to easily estimate the motion error sources of rotary axes in quantitative manner. To verify the proposed DBB method for rotational error estimation, the experimental tests are carried out on a 5-axis machining center M-400 （MORISEIKI）. The effect of the mismatch of the DBB is also studied to guarantee the estimation accuracy. From the experimental data, it is noted that the proposed estimation method for 5-axis machining center is feasible and effective.

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。

基于错位塔形工件的旋转轴几何误差辨识

旋转轴的几何误差直接影响五轴机床的加工精度,但由于其误差项多且高度耦合,因此辨识难度较大。提出了一种工件切削在机测量方法,用于辨识五轴机床旋转轴6项与位置相关的几何误差。设计并加工一种错位塔形工件,它由三层错位叠加的矩形块组成。在工件不同层级的底面与侧面布置测点并进行在机测量,基于空间误差模型推导出每项误差的辨识原理与解析解,并采用蒙特卡洛模拟进行不确定性分析。最后,通过与球杆仪误差辨识方法进行对比验证,线性误差EXC,EYC与EZC的辨识结果偏差最大为2.7,-1.7与-1.3μm;角度误差EAC,EBC与ECC的辨识结果偏差最大为1.3″,-0.6″与-2.1″,两者辨识平均吻合度达95.4%。本方法通过工件切削与在机测量,每项误差的辨识原理与解析解形式简单,可辨识实际工况下的旋转轴6项位置相关的几何误差。

基于无可变轴许可的五轴3+2后处理开发与验证

基于NX软件许可证无可变轴功能,对“非正交摆头+转台”结构的3+2后处理构建的可行性进行分析,通过后处理构造器建立匹配NX软件和DMU80P机床的专用3+2后处理器,并利用CIMCOEdit软件模拟刀路和解析NC程序的方式验证后处理器的正确性,可为其他限制条件下的后处理开发提供参考。

基于改进卷积神经网络的数控机床旋转轴热误差建模方法

为对五轴数控机床旋转轴的热误差进行更精确地预测,解决变工况条件下预测精度不佳与热误差数据获取困难的问题,提出了基于改进卷积神经网络的热误差建模方法.采用激光干涉仪与热成像仪采集不同温度下的角度定位误差与热图像,对热误差进行傅里叶函数拟合,将预测目标由不同角度下的热误差转变为拟合函数参数.在VGG网络模型架构上,引入SKNet注意力机制,以提高模型对变工况下的热图像特征提取水平,并采用全局平均池化代替全连接层,以改善过拟合情况.将建立的模型用于热误差预测,结果表明,旋转轴热误差预测RMSE在升温状态下为8.36″,降温条件下为9.57″,预测精度达90%以上,优于普通卷积神经网络模型.结果证实了所提方法在旋转轴热误差建模中的有效性.

五轴数控机床转动轴误差元素的球杆仪检测方法

提出一种立式高速精密五轴加工中心转动轴C轴误差元素的球杆仪检测方法。建立了影响加工精度较大的C轴4项误差的球杆仪检测模式。通过机床多轴联动使球杆仪完成一圆弧轨迹运动,此过程中,采集球杆仪的杆长变化量,由数学建模及轨迹仿真,结合误差敏感方向分析,最终分离得到各误差元素值。通过对比球杆仪检测误差值与预设误差值,证明球杆仪检测法是一种高效准确的转动轴误差检测方法。

基于机器视觉的五坐标机床旋转轴误差检测方法

提出了一种利用机器视觉技术对五坐标机床旋转轴转角定位误差进行检测的方法。首先,通过制作特定的标志,用CCD相机获取标志图像;然后,通过数字图像处理技术对所获得的图像进行分析处理;最后,根据标志在不同位置处的相对转角偏差计算机床旋转轴的转角定位误差,实现五坐标机床旋转轴转角定位误差的辨识和测量。同时,将该方法与传统检测方法进行对比,实验结果表明,所提出的检测方法简单、高效,可以实现机床旋转轴误差的快速检测,并为五坐标机床旋转轴误差的补偿提供了计算依据。

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。

叶轮流道非正交四轴加工的刀轴控制方法

针对自由曲面叶轮流道非正交四轴加工,提出了一种在刀轴约束面上旋转插值的刀轴控制方法。通过分析刀轴约束条件,在工件坐标系下建立满足约束条件的单位圆锥面。采用清根切触点处初始刀轴的计算方法求解清根轨迹上每一个切触点处无干涉的刀轴矢量。按照清根切触点序列依次计算流道两侧对应清根刀轴在单位圆锥面上确定的扇形曲面区域,并在该区域等角度旋转插值清根刀轴,从而获得流道加工的刀轴矢量,最后建立机床运动学约束条件并对其进行光顺处理。结果表明,该方法能够准确有效地计算叶轮流道非正交四轴加工光滑且无干涉的刀轴矢量。

五轴数控机床旋转轴几何误差测量与建模

利用球杆仪对五轴数控机床旋转轴的几何误差进行了测量及建模。在测试中,五轴数控机床采用两个平动轴和一个旋转轴同步运动,球杆仪采用径向、切向和轴向三种测试路径,并在此基础上对其进行几何误差建模。

一种四轴联动机床转台运动误差的快速检测及分离方法

提出了一种利用球杆仪对四轴联动机床转台误差检测及分离的快捷方法.该方法分为轴向测试和锥形测试,当轴向测试时,在转台旋转的同时,机床直线轴作同轴、同步的圆运动,称为双环测试.该测试能分离出转台的滚转误差、偏摆误差等2项转角误差,以及1项沿直线轴的线性误差.通过锥形测试,能分离出另外2项沿直线轴的线性误差,结合球杆仪的倒锥形安装及水平安装,得到因线性轴联动而引入到双环测试的干扰量,从而提高了被分离误差项结果的准确性.实例对比结果表明,提出的机床运动误差测量及分离方法能准确地得到转台的5项运动误差,因此具有操作简单、耗时少等优点.

几种数控机床回转轴的定位夹紧方式

针对双摆角数控万能铣头和数控转台等实现五轴加工中心回转进给运动的功能部件,对其回转轴的定位夹紧机构的设计进行了深入的研究,介绍了几种数控机床回转轴设计中常用的定位夹紧方式,并阐述了各定位夹紧机构在数控机床回转轴中的设计和应用方法。

基于激光干涉仪的旋转轴误差快速检定方法

为了提升五轴数控机床各旋转轴精度,解决旋转轴几何误差难以测量的问题,提出了一种基于激光干涉仪的旋转轴几何精度快速测量方法。该方法针对AC双转台和BC摆头转台的结构特性,采用旋转轴与直线轴联动的测量技术,可以避免传统测量方法对旋转轴中心的依赖性,推导了测量中直线轴转角误差与直线度对旋转轴几何误差约束关系,在保证精度的同时减少了测量过程中的设备安装调试时间,实现了五轴机床旋转轴转角误差、重复转角误差以及反向间隙的快速测量和补偿。对实际五轴机床AC双转台几何精度进行检定,提高了旋转轴的几何精度,实验证明该测量方法具有很强的工程应用价值。

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。

五轴数控机床旋转轴转角定位误差建模及补偿

为了提高五轴数控机床加工精度,减小旋转轴转角定位误差,提出了基于三次样条插值的转角定位误差数学模型,研发了基于数控系统外部坐标原点偏移功能和以太网通讯的误差实时补偿系统。对测量所得的转角定位误差进行三次样条插值建模,得到误差数学模型,应用该误差模型和自主研发的误差实时补偿系统,对VMC0656型双转台五轴数控机床实施转角定位误差补偿。补偿结果表明所提出的模型具有拟合精度高、计算简便直观、补偿效果好等优点,可以有效地提高五轴数控机床旋转轴转角定位精度。

非正交摆头转台类五轴数控机床后置处理方法

提出一种适用于非正交摆头转台类五轴数控机床后置处理方法。以平动轴Y和回转轴B作为倾斜轴的摆头转台类五轴机床作为研究对象,分析该类型机床的结构特点。然后,分别将倾斜轴Y轴与OXZ平面之间夹角和刀具摆长作为变量,建立前置刀位数据与该类机床各坐标轴之间的运动变换方程,并推导出各坐标轴的计算公式。在此基础上,利用C++语言开发出适用于该类型五轴机床的通用后置处理软件。最后,对某汽轮机叶片五轴加工刀位文件进行后置处理,将所得到的数控程序在VERICUT软件上进行加工仿真。结果表明该方法的正确性和有效性,且能够实现五轴刀具长度补偿和工件原点偏置补偿功能。

工作台回转与刀轴摆动五轴联动数控加工编程技术研究

研究了工作台回转与刀轴摆动五轴联动数控加工编程中的刀轴矢量与转动角度之间的转换;刀位点在工件坐标系与工作坐标系之间的位置变换;刀轴摆动导致的基准点与刀位点之间的位置补偿等关键技术,为多轴联动数控加工编程技术提供参考。

AOCMT机床旋转轴几何误差辨识方法的研究

以AOCMT型五轴超精密加工机床为例,运用球杆仪对其旋转轴C轴进行测量,测量时采用机床两个平动轴和一个旋转轴同时运动,测量方式分轴向,径向,切向三种。以多体系统运动学理论为基础,运用齐次坐标变换矩阵建立机床旋转轴几何误差模型,并提出一种误差辨识方法。该方法利用误差模型推导出各项误差与球杆仪轨迹偏心率关系的数学表达式,设计进行不同位置,不同高度的测量,以此可以将与位置点无关的静态误差和与位置点相关的动态误差同时分离出来,准确高效。

基于机床转角的叶轮流道加工刀轴控制方法

针对长短叶片形式叶轮流道非正交四轴加工刀轴难控制的问题,提出了一种基于线性插值的机床转角的刀轴控制方法。首先根据非正交四轴机床后置处理关系,推导机床转角与平动坐标的数学映射关系;然后在整个流道上对经过清根刀位数据后置处理后的机床转角进行线性插值,并对机床转角进行碰撞检测及修正,从而得到流道加工无干涉机床转角;进而利用映射关系实现机床平动坐标的求解。仿真实验表明,该方法能够保证刀位文件的几何信息准确,实现叶轮流道的精确加工。