六轴联动数控机床的联动模式切换

为了优化六轴联动数控机床的刀具中心点运动轨迹误差,提出了利用联动模式切换实现该误差最小的方法。建立了六轴联动数控机床的运动学模型,研究机床的冗余联动特点,并定义了冗余旋转联动轴。根据冗余联动特点,研究了满足不同刀具运动要求的联动模式和联动轴形式。建立了刀具中心点运动轨迹误差模型,提出了利用联动模式和联动轴形式切换优化该误差的方法。在实际机床上进行加工实验,通过联动模式的切换实现了刀具中心点轨迹误差的优化。     

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.     

多轴联动复合加工数控机床的创新开发

将创新设计理论与功能分析方法相结合,研制出多台具有多种加工功能的复合数控机床.其中六轴联动混联数控机床、六轴联动卧式复合数控机床、五轴联动复合激光加工机床是典型的多轴联动复合机床.针对这三种典型机床分别介绍了运动功能方案及滚滑复合运动副被动关节的创新设计、精加工所用的3-PRS并联铣削机构以及五轴联动的创新设计.     

基于BP神经网络的数控机床综合误差补偿方法

针对多轴数控机床热影响导致的加工精度衰减问题,结合神经网络自学习与数据拟合能力,提出基于优化BP神经网络的多轴数控机床综合误差补偿方法。针对BP神经网络神经元误差曲面下降缓慢影响收敛效率的问题,引入陡度因子和放大因子,并基于此对数控机床运动轴加工精度进行预测和补偿。将大型A/B双摆角龙门数控铣床各关键发热源的温度检测数据和运动轴误差检测数据作为精度预测模型的输入量和输出量,采用改进后的BP神经网络进行训练,获得温度变化与位移误差量之间的非线性映射关系,并据此修改被加工工件的刀位数据文件,实现数控机床加工精度的提高。模拟算例和实验结果表明,该方法降低了传统BP神经网络的预测误差和运算时间,对机床平均误差补偿率达到50%以上。开发的数控机床误差补偿系统无须对现有机床进行大规模硬件改造,应用简便易于推广。     

6-PSS并联机构的研究

研究了一种６ 自由度基点可动的并联机构,分析了其结构形式,给出了位置反解,在位置反解的基础上得出其工作空间,分析了其工作空间的特点,并将其作为数控机床的主机构,对该机床加工部分椭球面的过程进行了机构运动仿真．仿真结果表明,这种结构简单的并联机构可实现６ 轴联动,可用于加工形状复杂的空间曲面．     

基于多体系统理论的五轴机床综合误差建模技术

采用多体系统理论完成了五轴数控机床的综合误差建模,对平动轴间垂直度误差做了建模分析,改进了热误差的建模和辨识.该方法简便、明确,不受机床结构和运动复杂程度的限制,为计算机床误差、实现误差实时补偿、修正控制指令和提高加工精度提供了理论基础.     

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.     

6—PSS并联机构的研究

研究了一种６自由度基点可动的并联机构，分析了其结构形式，给出了位置反解，在位置反解的基础上得出其工作空间，分析了其工作空间的特点，并将其作为数控机床的主机构，对该机床加工部分椭球面的过程进行了机构运动仿真。仿真结果表明，这种结构简单的并联机构可实现６轴联动，可用于加工形状复杂的空间曲面。     

多轴联动空间复杂曲面线切割加工技术

为实现大锥度空间复杂曲面模具零件的线切割加工,解决高速走丝电火花线切割机床加工空间曲面的难题,以空间曲面零件电火花线切割加工运动规律数学模型为基础,设计开发一种带有自动分度功能的、可翻转的数控回转工作台;基于原有的高速走丝数控电火花线切割机床,研制空间复杂曲面多轴联动高速走丝线切割加工系统,并进行螺旋面、锥面、锥台、双曲面和正弦曲面等典型空间曲面零件的电火花线切割加工实验,对加工出的各个实验样件进行了测量和加工误差分析.研究结果表明:所设计的空间复杂曲面多轴联动线切割加工系统具有较高的加工效率、较好的加工质量和较低的成本;加工样件的误差在允许范围内,验证了该系统的实用性,为解决高速走丝电火花线切割加工空间曲面的难题提供了一种思路.     

基于光学自由曲面的三维位移测量系统

针对数控机床、多轴位移台等多轴系统位移检测中存在的检测方法复杂、测量费用高等问题,利用光学自由曲面具有极大的设计自由度,可简化系统结构、提高系统性能的特点,设计开发了一种基于光学自由曲面的非接触式三维位移测量系统,用于普通机床、多轴位移台等多轴系统位移精度检测.通过设计光学自由曲面基准件,搭建实验平台,建立测量系统的数学模型,完成了测量系统的标定实验、测量系统精度验证实验和三维位移测量实验.结果表明,该测量系统精度达2.8,μm,可用于多轴系统的位移检测.     

新型三杆五自由度虚轴机床五坐标加工数学模型

研制了一种新型三杆五自由度虚轴机床,建立了五坐标加工数学模型·利用刀具轴线与加工轨迹上曲面法向量的关系及三杆虚轴机床平动的特性,确定了三驱动杆的长度及两驱动轴的转角·该表达式为显式,形式简单,计算量小,易于实现机床五坐标加工的实时控制·另外给出了机床运动学正解及雅可比矩阵·正解及雅可比矩阵为显式,为机床的灵巧性分析、速度分析及误差补偿提供了条件·这种虚轴机床可以实现复杂形面的五坐标加工·     

基于PMAC的虚拟轴机床数控系统

数控机床可以完成各种复杂形曲面的零件加工.研究了用于固体火箭发动机复杂形药柱整形的虚拟轴机床数控系统,介绍了三杆四自由度虚拟轴机床数控系统的控制原理、硬件组成及软件结构.数控系统以"PC PMAC"为硬件平台、以Windows操作系统为软件平台,构建虚拟轴机床的开放式数控系统,充分利用PMAC的多轴联动控制和快速实时通讯能力以及PC机丰富的软件资源和高效的数据处理能力,实现了虚拟轴机床的人机交互、位置伺服控制和全闭环控制等功能.     

6PM2六轴混联镗铣床数控加工程序的处理

为解决6PM2型六轴混联镗铣床的数控加工编程问题,借助于现有成熟的五坐标编程方法和控制技术,将加工程序中对应于各虚轴的驱动量经过虚实映射变换、插补运算和速度处理,转化为混联机床各实轴的驱动量用于控制刀具的运动,最终实现了在六轴混联镗铣床上的数控加工。实验结果表明该方法可行且有效。     

螺旋锥齿轮空间曲面NC加工插补误差分析

基于空间曲面共轭原理，建立螺旋锥齿轮的齿面矢量方程，由空间坐标系的变换，确定出刀具相对工件的位置和姿态，实现刀具与工件的相对运动，在综合考虑齿面形状、刀具形态及机床结构等因素的基础上，分析了五坐标螺旋锥齿轮面NC过程插补误差，建立考虑齿面NC插补误差的螺旋齿轮数控加工方法，计算结果与加工实验结果基本一致。     

螺旋锥齿轮数控展成轨迹生成及直接插补算法

给出了螺旋锥齿轮五坐标NC展成加工运动和直接插补算法，该直接插补算法以NC原理上的最小步长逼近展成轨迹，可获最大展成运动精度，在综合考虑展成允许误差，机床动力特性及伺服驱动能力的基础上，给出了进给速度的限制修正及平滑处理算法，该算法可作为螺旋锥齿轮数控机床数控系统核心处理算法。     

3RPS/UPS结构并联机器人设计与分析

为了满足踝关节康复训练对自由度、工作空间和刚度等性能的要求,本文设计了一种新型的三自由度高刚性3RPS/UPS结构并联机器人.此结构在传统的3RPS结构基础上加入了一条UPS结构的冗余驱动支链,在保证满足自由度要求的同时,又增强了结构的刚度性能,减少了操作平台的晃动和形变,提高了操作精度.通过对此结构进行逆运动学分析、工作空间分析和刚度分析,验证了3RPS/UPS结构可以应用于踝关节康复训练这类具有高负载、操作灵敏等特点的操作任务.最后对该3RPS/UPS结构并联机器人进行了运动学控制仿真,仿真结果表明系统具有较高的动态轨迹跟踪控制精度,适用于实际应用.     

多顶点三角形刚性折纸自由度分析

针对多顶点折纸机构自由度分析困难问题,提出了在多顶点折纸机构的自由度分析中,利用邻接矩阵分析刚性折纸自由度的方法;用邻接矩阵表示顶点之间的连接关系,通过引入消元矩阵,用矩阵乘法描述了确定运动状态的过程;通过计算顶点对应的行元素之和来确定约束的个数,避免了交叉折痕顶点自由度的计算误差;以分析单顶点4折痕折纸图案自由度为基础,拓扑到分析多顶点三角形刚性折纸图案自由度;最后,通过软件仿真验算刚性折纸图案自由度计算结果的正确性。     

三阶切触法加工自由曲面无干涉刀位规划

基于三阶切触法刀具包络曲面的局部重建原理,提出了刀具可行空间约束下平底刀加工自由曲面的无干涉刀位规划方法. 通过工件表面到刀具轴线的距离来分析刀具与工件的局部和整体干涉,并解析求解二阶切触刀具姿态,进而建立二阶切触无干涉刀具可行空间. 在此基础上,通过计算设计曲面与包络曲面沿进给垂直方向的诱导法曲率导数,在可行空间内优化搜索最接近三阶切触的刀位. 拉伸曲面和螺旋曲面的刀位规划和切削带宽的计算结果表明,该方法可以有效地避免刀具干涉,并显著提高加工效率.     

任意曲面叶片四坐标数控加工刀位轨迹的生成方法

提出了一种四坐标联动等残留高度端铣加工任意曲面叶片的方法．针对刀轴摆动的四坐标机床，首先建立了后跟角和摆转角之间的函数关系，以满足加工过程中刀轴矢量始终平行于摆刀平面的要求，然后采用平底刀的等残留高度方法进行刀位轨迹规划，并通过调整后跟角使加工带宽最大化，该方法在提高四坐标联动加工效率的同时，也使得将五坐标联动加工刀位轨迹的规划方法移植到四坐标中成为可能。