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.     

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。     

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.     

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。     

基于圆弧刀补偿加工的平面调制切削技术研究

针对尖刀加工的平面调制微结构表面质量差以及尖刀顶部尖角易磨损的现象,本文系统分析了尖刀在加工平面调制结构时轮廓误差的形成机理,发现了尖刀加工调制表面的轮廓误差大且存在难以补偿的特性,调制结构的轮廓误差与刀尖宽度成正比,与调制的周幅比值(λ/a)成反比．为此,本文提出了采用圆弧刀具结合刀具半径补偿方法以降低平面调制样品轮廓误差的技术方案．实验结果表明,采用圆弧刀结合刀具补偿方法对平面调制结构的轮廓精度提升具有显著作用,相比于尖刀切削,圆弧刀补偿加工的一维调制样品获得了更高的表面质量和轮廓精度．针对幅值a=4μm,周期λ=60μm的平面调制样品,采用圆弧刀补偿加工方案,调制样品的表面粗糙度R_a值由59.66 nm降至21 nm,轮廓误差精度提高了约20%.     

提高轮廓加工误差联机检测精度的一种方法

在数控机床或加工中心上采用联机检测轮廓加工误差的方法,不同价值昂贵的坐标测量机,具有简单、省时、经济的特点。分析了数控机床或加工中心的直线运动误差对轮廓加工误差联机检测精度的影响,提出了消除机床几何运动误差影响。提高轮廓加工误差联机检测精度的方法。实验结果表明,所采用的方法可以明显提高轮廓加工误差联机检测精度。     

静压导轨误差均化效应影响因素研究

针对一种实际的四油腔闭式静压导轨设计方案,将导轨轮廓误差分解成具有不同波长的轮廓误差分量,应用油膜厚度均化分析方法,计算了不同轮廓误差分量对应的运动误差及静态均化系数.分析表明,轮廓误差分量的波长、油垫长度及运动直线度评定长度对静压导轨静态均化效应具有显著影响.因此,在设计时应优化油垫长度与运动直线度评定长度的比值,使静压导轨均化效应对于较宽波长范围的轮廓误差分量得以增强,从而减小运动误差与轮廓误差的比值,在提高导轨运动精度的同时降低其加工难度.     

数控系统轨迹段光滑转接控制算法

为了解决数控机床加工复杂轮廓时机床进给系统反复启停引起的加工效率低、加工质量差等问题,提出轨迹光滑转接插补控制算法。文中首先描述了算法的求解过程,并对其进行了误差分析,然后建立机床伺服系统的数学模型,通过分析轨迹转接过程中伺服系统的动态响应特性,证明了控制算法的有效性。应用该算法进行实验,轨迹加工效率提高14.1%,轨迹误差小于3μm。结果表明该算法在保证轨迹精度的前提下,通过轨迹段之间的光滑转接,实现多段轨迹的连续加工,提高了加工质量和加工效率。     

龙门移动式双驱进给系统定位误差补偿方法

针对双驱进给系统结构的特性,提出了双轴定位误差建模与补偿方法.分析影响双驱进给系统定位精度的误差来源,建立基于双轴误差数据的龙门移动式双驱进给系统的速度-位置定位误差预测模型.采用开放式数控系统,提出基于交叉耦合的双驱进给系统定位误差补偿方法.在误差补偿过程中考虑双轴动态耦合特性与同步误差和单轴跟随误差耦合作用对误差补偿的影响,并进行误差补偿实验验证.实验结果表明所提出的误差补偿方法提高了龙门移动式双驱进给系统的定位精度和同步精度.     

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。     

基于切向-轮廓控制与位置补偿的凸轮轮廓控制

为解决凸轮磨削系统的轮廓控制问题, 在分析轮廓误差的基础上, 提出了一种位置跟踪补偿算法与切向鄄轮廓控制相结合的控制策略。 在两运动轴间引入切向鄄轮廓控制, 将轮廓误差坐标变换于切向鄄轮廓坐标系中。 对此变换后得到的两个误差分量, 单独设计其对应的控制器。 为弥补切向鄄轮廓控制带来的不足, 在位置环外增加补偿器, 通过额外补偿跟踪误差, 以保证系统性能, 同时提高了系统各轴对输入信号的跟踪能力。所提控制策略在 Simulink 仿真平台上的实验结果表明, 该策略减小了系统的跟踪误差和轮廓误差, 具有良好的跟踪性能与轮廓性能。     

凸轮磨削的仿形跟踪误差补偿

为提高凸轮磨削的加工精度, 减小凸轮的轮廓误差, 并进一步提高磨削系统的鲁棒性, 采用了新的误差补偿方法--仿形跟踪误差补偿, 将实际的仿形跟踪误差值补偿到X 轴的给定数值序列。运用Matlab 搭建了两轴联动反馈系统, 并设计模糊PID(Proportional-Integral-Derivative)控制器以实现对系统的在线补偿。采用一种形状较难加工的凸轮片作为实验对象验证补偿效果和控制器的性能。仿真实验结果表明, 该方法不仅能有效减小凸轮的轮廓误差, 简化了计算过程, 并且使系统的响应速度加快, 与传统PID 控制器相比还具有较好的鲁棒性。     

一种大型圆筒类零件轮廓误差在线测量系统

针对大尺寸工件难以采用传统圆度仪进行测量,研发了一套适合大型圆筒类零件的轮廓误差在线测量系统。本测量系统采用单片机+PC控制,以2根同步转动的托辊带动被测圆筒旋转,通过非接触式传感器获取被测工件的表面轮廓测量数据。基于轮廓定位式圆度误差算法,求出工件表面各等分点的轮廓误差值并绘制曲线图。理论分析和实验结果表明本系统能够实现大型圆筒的在线测量,具有良好的应用前景。     

基于跟踪回路误差限制的INS辅助载波跟踪回路模式研究

INS对接收机载波跟踪回路的辅助,能够减弱或抵消载体动态影响,降低回路带宽,减少回路跟踪误差,也是实施超紧耦合技术的主要特点。具体分析了FLL和PLL的各组成误差,推导了稳态载波相位误差、载波多普勒频移误差与INS速度误差之间的关系,基于跟踪回路误差的限制和稳定回路的门限,具体给出了在相位辅助和频率辅助两种不同模式下对INS速度误差的限制条件,分析表明考虑到INS辅助精度的影响,采用INS对载波跟踪的频率辅助更具可行性,最后仿真验证了频率辅助的有效性。     

考虑天线罩误差的雷达导引头隔离度影响与UKF在线补偿

针对雷达导引头隔离度对导弹制导控制系统带来的严重影响,建立了包含天线罩误差在内的雷达导引头隔离度模型,对比分析了弹簧力矩、阻尼力矩及天线罩误差引起的隔离度寄生回路稳定性和时域频域性能,并研究了不同干扰输入条件下导弹脱靶量与隔离度幅值的对应关系,重点提出了一种基于无迹卡尔曼滤波（UKF）的隔离度在线补偿方法,并进行了仿真验证.研究结果表明,导引头隔离度的存在会削弱制导控制系统稳定性、降低制导精度,其中负的天线罩误差斜率影响最为严重;闪烁噪声输入下,负的天线罩误差斜率和弹簧力矩隔离度引起的脱靶量较大,而在目标随机机动输入下,正、负天线罩误差斜率隔离度引起脱靶量较大;所提出的UKF隔离度在线补偿方法分别在速度指向误差和目标常值机动输入下均能够同时估计出弹簧力矩系数、阻尼力矩系数和天线罩误差斜率,并实现了对隔离度的有效抑制,达到了改善制导性能,提高制导精度的目的.      

微阵列制备机器人分向前馈误差补偿控制

为了提高半闭环微阵列制备机器人的定位精度,根据机器人运动误差具有方向性的特点,提出了分向前馈误差补偿技术。建立了微阵列制备机器人系统误差前馈补偿的传递函数模型,对系统的准确性、快速性与稳定性进行分析,从理论上证明该方法在提高机器人精度方面是可行有效的。研究并实施了回程误差与其他非线性误差的分向补偿算法。在清华大学开发的...     

数控机床进给系统装配误差建模及特征分析

摘要：
通过建立几何模型,分析了数控机床进给系统运动过程中由装配引起的误差特征,提出了表示其误差特征的综合表达式,将装配误差分为周期性分量和累积性分量.通过仿真分析,研究了装配误差在数控机床内置传感器中的信号特征,以及对进给系统运动精度的影响规律.结果表明：装配误差的周期性分量不影响进给系统的定位精度,但会导致进给系统在运动过程中产生周期性波动,且在频率调制的条件下其周期性波动幅值将增加;装配误差的累积性分量影响进给系统的定位精度,当与运动方向发生交叉时将产生累积方向的变化.同时,对某数控机床内置传感器的信号特征进行分析,并基于分析结果进行装配调整,从而降低了由装配引起的运动误差,提高了被测数控机床进给系统的精度.