基于一次指数平滑模型预测的轮廓误差补偿方法

文章针对数控机床对复杂零件高精度加工的要求,在分析系统轮廓误差的基础上,提出了一种带干扰观测器,并且将一次指数平滑模型预测法与交叉耦合控制相结合的轮廓误差实时补偿方法。前者旨在为系统每个单轴设计一个高性能的控制器,为此针对各轴提出了基于干扰观测器的PID控制策略,用于改善每个轴的特性,从而减小系统的轮廓误差;后者利用当前时刻跟踪误差的实际值,与当前时刻跟踪误差的预测值相比较,从而达到对下个时刻跟踪误差的预测,进一步减小轮廓误差。仿真分析表明所提出的控制方案有效,可提高零件的轮廓加工精度。     

超精密加工轮廓误差的ILC—CCC补偿控制

迭代学习控制(ILC)通过对重复运动轨迹的不断学习可提高系统位置跟踪的快速性和跟踪精度,而交叉耦合控制(CCC)通过对轮廓的闭环控制可以有效地减小轮廓误差.在分析双轴数控加工中轴跟踪误差和轮廓误差之间的关系的基础上, 提出将ILC 与CCC 结合构成的ILC-CCC 集成控制器引入超精密数控机床的伺服控制.该控制器对被控对象模型有较好的鲁棒性,仿真结果证明算法是可行和有效的.     

轨迹误差建模的多轴联动机床轮廓误差补偿技术

为了提高数控机床多轴联动加工精度,减小由传动机构和运动部件质量、刚度、阻尼及摩擦等因素造成的轮廓误差,针对交叉耦合控制参数难以选择及容易使系统不稳定的问题,提出了一种针对多轴联动机床进行运动轨迹误差建模和补偿的方法.该方法通过测量机床的典型实际联动轨迹,来建立轮廓误差模型,实现了加工过程轮廓误差的实时估算和补偿.通过对x、y轴工作台的联动轮廓误差建模和补偿实验,证明此方法可以显著减小圆弧及曲率连续变化曲线轨迹的加工误差,从而提高了在高速条件下的数控机床多轴联动的加工精度.     

基于双迭代学习-交叉耦合的双轴误差控制

在双轴高精度轮廓加工中,单轴的跟踪误差和双轴间运动不协调产生的轮廓误差都会影响加工精度。文章提出了一种基于双迭代学习-交叉耦合的双轴运动控制策略,将单轴的迭代学习控制(iterative learning control,ILC)与双轴的交叉耦合控制(cross-coupled control,CCC)以及轮廓误差的ILC相结合。单轴的ILC用来改善单轴的跟踪性能,减小单轴的跟踪误差;双轴的CCC用以增加各轴之间的匹配程度,减小轮廓误差;轮廓误差的ILC可以提高轮廓的跟踪性能,进一步削减轮廓误差。仿真结果表明,双迭代学习-交叉耦合控制系统不仅能够有效降低单轴的跟踪误差,而且能显著减小轮廓误差。     

面向轮廓精度控制的误差补偿方法

在分析了常用几种误差补偿方法的基础上,指出基于轮廓度误差的误差补偿方法的不足.从轮廓精度与位姿误差无关的特性出发,提出了一种直接面向轮廓精度控制的误差补偿方法--几何自适应误差补偿,论述了该方法的两个组成部分--轮廓匹配和误差预估,推导出效率很高的轮廓匹配公式.仿真结果表明:所提方法可以减小轮廓误差,提高轮廓精度,并能实现高精度轨迹控制.     

轮廓误差补偿算法研究

针对轨迹跟踪的轮廓误差补偿算法的缺陷,研究了交叉耦合控制算法、局部任务坐标系、全局任务坐标系等控制算法,进行了详细的理论计算与推导.以两轴联动装置作为研究载体,对这两种补偿算法在交叉耦合控制领域的应用进行了深入对比分析与探讨.基于Matlab/Simulink进行了计算机仿真,结果显示,在低速圆形轮廓跟踪下局部任务坐标系算法效果良好,而在高速和大曲率的椭圆轮廓轨迹跟踪下,全局任务坐标系算法比局部任务坐标系算法具有明显优势.     

CNC多轴运动控制系统轮廓误差分析

在分析CNC多轴运动连续轨迹控制轮廓误差形成的基础上,研究提高轮廓加工精度减小轮廓误差的方法.针对CNC机床两轴运动控制系统建立直线轮廓、不同曲率半径圆弧轮廓及一般曲线轮廓误差模型,指出轮廓误差与跟踪误差的关系和轮廓误差形成机理.通过仿真实验结果表明,加入基于轮廓误差模型的交叉耦合控制可以大大降低轮廓误差,提高轮廓控制精度.     

小型非球面超精密加工建模及控制技术研究

根据高精度小型非球面制造的需要,探讨了一种针对小型非球面元件的加工方法,并分析了实现数控加工控制的技术途径.根据非球面加工理论,基于工控机和Windows系统,用VB.NET开发实现了小型非球面数控加工控制软件.     

实轴空间综合约束下的数控加工速度前瞻策略

为了避免数控高速加工中由高曲率区域引起的机床驱动轴的运动突变、机床振动和工件过切,提出了基于实轴空间综合约束的数控加工速度前瞻控制策略.该方法应用切削运动的S形曲线速度规划方案,对机床实轴运动数据进行速度、加速度、冲击约束检测,整体提前寻优确定S形速度前瞻的过程参数,并提出了速度规划节点分离法对切削路径进行分段独立S形曲线速度的规划.仿真和试验表明,采用该方法进行速度前瞻处理时,可使加工速度平滑连续,不仅消除了各驱动轴运动突变引起的冲击振动,而且有效地解决了五轴数控加工中的速度控制问题,因此降低了曲面轮廓误差,满足了高速高精度的加工要求.     

基于RBF神经网络的难加工金属材料数控加工控制方法研究

针对钛合金等难加工金属材料数控加工存在的问题,采用RBF神经网络开发了难加工金属材料数控加工神经网络控制方法,并结合数控加工设备建立了难加工金属材料实时监控系统.应用效果表明,对难加工材料数控加工进行RBF神经网络控制后,加工工件表面粗糙度误差和圆度误差比难加工材料传统数控加工方法要低很多,表面粗糙度平均误差降低50%...     

模糊控制用于高精度 CNC 系统多轴轨迹联动研究

分析了数控机床伺服进给系统的动特性对多坐标联动轮廓加工误差的影响规律，提出了模糊推理耦合轮廓误差补偿方法的原理，并给出了相应的控制算法及实现措施。该方法依据系统的轮廓误差，通过自适应模糊控制手段向各联动轴提供附加补偿作用，进而提高ＣＮＣ系统的轮廓加工精度。通过在四轴数控机床上实验，证明该补偿方法的可行性。     

基于等效误差法的凸轮磨削算法研究

为提高凸轮磨削的加工精度和解决凸轮磨削系统的磨削精度问题, 提出了基于等效误差法和B 样条曲线的凸轮磨削平台的轮廓控制策略。运用B 样条曲线插补的方法给出两轴运动命令指令, 将凸轮的升程数据通过B 样条反算法进行处理得到生成序列的控制顶点等参数, 从而进行插补运算。根据等效轮廓误差为被控对象, 以建立凸轮磨削系统中的非线性等效误差模型, 将两轴跟踪精度问题转化为等效误差稳定化问题, 进而将计算得到控制输入值补偿到两轴, 从而对轮廓误差进行补偿。为使设计的控制器与B 样条曲线产生的指令兼容, 采用Sylvester 隐式化方法将B 样条曲线的参数形式转换为代数形式, 结合使用两种方法进行控制器设计,以满足数控凸轮磨削平台的高精度加工要求。通过在Sinulink 仿真平台实验表明, 该方法可行且有效减小了系统的轮廓误差和跟踪误差, 同时具有良好的轮廓性能。     

高档数控机床伺服系统误差源研究

通过对ＣＮＣ控制系统的分析，建立了轮廓误差的数学模型。从复杂加工曲线中抽取出典型曲线，讨论了产生轮廓误差的主要原因和外界扰动的特性，为进一步设计控制器提供了有用的结论。     

数控机床定位误差的软件补偿

提出了基于“华工I型”数控系统数控机床的定位的软件补偿方法,该方法克服了等间距定位误差补偿的缺点,使定位误差补偿的位置可随机设定,建立了数控机床定位误差软件补偿的数学模型,在XK713加工中心上进行了补偿实验表明,采用本补偿方法能使机床的定位误差减小70%汉上。     

基于累加弦长的三次参数样条曲线的插补控制

对复杂的曲线、曲面的高速高精度加工一直是数控加工中的一个难题。该文分析了影响曲线、曲面加工精度和速度的因素,提出了一种基于累加弦长的三次参数样条曲线插补算法,并采用脉冲均匀化、速度预处理等方法,将其运用于GL-2000数控系统取得了非常好的效果。     

超精密数控机床进给系统非线性分析及误差补偿研究进展

从超精密加工的基本需求出发,介绍了超精密数控机床的主要误差源及误差产生的原因,讨论了进给系统中非线性因素对系统动态性能、静态性能及加工精度的影响,综述了进给系统非线性控制策略和误差补偿的研究现状,总结了阶段性研究成果,并对今后的研究方向及关键问题进行了展望,最终提出通过先进控制技术和全息误差补偿技术有机结合提高加工精度的总体思路.     

基于插值算法的数控机床复合误差补偿技术

为提高数控机床的加工精度,提出了基于线性插值法和牛顿插值法的数控机床几何与热的复合误差建模方法,并利用数控系统外部机床坐标系的偏置功能,应用自行研发的综合误差实时补偿系统进行误差在线实时补偿.结果表明:所提出的模型具有计算简便、预测精度高等优点,可用于各种复杂加工场合中的数控机床几何误差与热误差的实时补偿.     

X-Y工作台摩擦误差补偿方法的研究

为了降低摩擦造成的数控机床轮廓的误差,以X-Y平台为研究对象,采用数学推导、仿真和实验等方法,对摩擦误差的产生机理和补偿方法进行了研究.从瞬态响应的视角揭示了摩擦误差的产生机理,提出的数学方法能精确计算出摩擦误差出现的时机、持续时间,以及由摩擦产生的最大跟随误差.同时,提出了一种基于双脉冲补偿方波的误差补偿方法,可利用数学推导来确定补偿脉冲的参数(脉冲高度、宽度、起始位置),通过在位置指令中加入补偿脉冲可使工作台尽快脱离工作死区,快速逼近理想轨迹.数值仿真和实验结果表明,该方法将摩擦产生的突起误差高度由15μm降低为2μm,达到了较理想的误差补偿效果.