基于3-TPS混联机床的后置处理算法

介绍了一种新型立卧转换式三杆混联机床3-TPS(RRR)混联机床,对该机床的结构进行了分析.该机床具有工作空间大、立卧转换、五轴联动、五面加工等特点,并具有加工中心的功能.给出了该机床在实现三轴、四轴加工时的坐标变换过程及变换方程,给出了实现三轴、四轴加工时的后置处理算法及数学模型,并对该机床的立式加工和卧式加工两种情况进行了分析,给出了算法和显式方程.     

浅析数控机床RTCP精度的检测与校正方法

RTCP精度是五轴联动数控机床的重要精度指标，RTCP精度的好坏直接影响机床的五轴联动加工精度，从而影响工件的质量。因此，RTCP精度在使用过程需要经常进行检测和校正。本文以FIDIA数控系统为例，结舍公司五轴数控加工中心的实际使用情况，浅析数控机床RTCP精度的检测与校正方法。     

3-TPS混联机床刀具长度补偿算法

介绍了一种新型立卧转换式三杆混联机床3-TPS混联机床,对该机床的结构进行了简单描述.该机床具有工作空间大、立卧转换、五轴联动、五面加工等特点,并具有加工中心的功能.根据3-TPS混联机床的特殊结构,对该机床在实现三坐标立式、卧式加工、四坐标加工及五轴联动加工时刀具长度补偿算法进行了研究,给出了各种加工情况下的刀具补偿算法,建立了刀心点与刀具长度补偿值之间、三根杆的伸长量与刀具补偿值之间的关系.     

基于RTCP功能的五轴联动伺服匹配优化

五轴联动机床的动态性能不仅取决于各单轴伺服进给系统动态特性,各轴之间的动态特性是否匹配也对其有着显著影响。该文针对具有刀具绕中心点旋转(RTCP)功能的AC型双摆头五轴联动铣床,提出了一种通过圆度测试法进行多轴间伺服匹配以提高机床整体动态精度的优化方法。该方法在选取了合理的匹配对象后,可在有效降低用于搭建各单轴机电耦合系统成本的同时保证系统较高的整体动态精度。首先基于该装有AC双摆头的五轴联动铣床的整体结构进行机构运动学分析,基于机床整体结构对其各轴伺服进给系统进行机电耦合建模并在SIMULINK中搭建各轴模型;接着基于RTCP功能设计了一条多轴参与运动的特定轨迹,对各轴在该运动轨迹下的运动关系进行分析;通过合理选择匹配对象,基于圆度测试法对X、Y、Z三轴两两轴间进行伺服匹配;而后基于SIMULINK模型,对优化前后机床在特定轨迹下运动的整体动态性能进行仿真对比。结果表明:在该优化方法下,几乎不需要提高伺服进给系统搭建成本,系统就可达到较高的整体动态性能。     

5轴混联机床运动学标定的测量轨迹评价及误差补偿

该文以一台5轴混联机床为对象,对运动学标定中的测量轨迹评价和误差补偿进行实验研究。根据矢量闭环方程和一阶摄动法,分别建立了混联机床的运动学模型和误差模型。基于向量非正交度的描述方法,提出了一种用于评价测量轨迹的指标。利用该指标设计两个不同测量轨迹,并分别进行了标定实验研究,验证了指标的有效性。分析和比较了基于运动学正解和逆解的误差补偿方案,并通过标定实验验证了基于运动学逆解的误差补偿方案更能有效提高该机床的精度。“S”形试件切削实验结果显示94%的测点合格,验证了该指标和误差补偿方案的有效性。     

面向再制造的多轴机床精度设计研究

精度设计是旧机床再制造方案制定的重要理论依据．以DM4500三轴立式机床为研究对象，运用多体系统理论建立了包含21项基本几何误差的精度模型．通过基本几何误差的辨识，间接建立了再制造零部件精度参数与机床空间误差之间的关系．利用精度模型和误差辨识方法，根据设定的再制造零部件的精度参数预测了机床的加工误差．在给定空间误差的条件下，提出基于BP＋GA算法的精度分配方法，实现了再制造零部件精度参数的全局优化配置．研究结果已成功应用于旧机床的再制造．     

BKX-Ⅰ型变轴数控机床的标定实验研究

本文介绍了BKX-Ⅰ型变轴数控机床运动学参数标定的实验设计和具体测量.实验结果表明,该标定方法对于提高变轴数控机床的静态精度非常有效,对6-UPS型并联机床的标定具有通用性和实用性.     

6PM2六轴混联数控镗铣床的运动控制算法

在分析6PM2六轴混联数控键铣床的串并联混合结构的基础上，研究了混联切削机床的运动方程式及其运动解析，阐明了CNC系统软件中机床运动控制的基本原理，给出了6PM2的运动控制算法，导出了实轴实际运动的位置公式。根据该算法编制的数控软件已成功应用于实际的6PM2混联数控机床。     

基于改进RLS算法的永磁同步电机参数辨识

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)参数的在线准确辨识是实现电机高性能控制的基础,也为系统故障诊断提供了依据。传统递推最小二乘(recursive least square, RLS)法在辨识PMSM的d轴、q轴电感参数时对系统噪声、状态变化较为敏感,动态辨识稳定性不佳。文章在建立离散化辨识模型的基础上,提出了一种改进递推RLS算法,用于d轴、q轴电感参数的在线辨识。该算法在动态辨识过程中引入电流变化率,同时改进算法中的增益矩阵K,减小d轴、q轴辨识误差对电感修正产生的耦合影响。通过一台20 kW的PMSM仿真及实验,验证了改进的辨识算法能够有效提高参数的动态辨识效果。     

基于SSO算法优化神经网络的数控机床热误差建模

针对影响五轴数控机床加工精度的复杂热特性,提出了一种用于摇篮式五轴数控机床热误差建模方法.该方法主要采用鲨鱼嗅觉优化(SSO)算法和神经网络的复合建模方式,有效提高了机床热误差预测模型的精度和建模效率.首先通过使用热成像仪筛选出机床的温度敏感点,然后将温度传感器布置在机床热敏感点的位置,将采集到的热特性数据采用本文所提方法进行热误差建模,结果表明,该方法在建模速度和精度上要优于ABC和PSO神经网络,最后将该热误差预测模型应用于五轴数控机床热误差补偿实验,将试件加工精度提高了32%.     

一种关节式坐标测量机的建模及其标定

为了研究7轴关节式坐标测量机的测量模型及其标定技术,根据DH模型(Denavit-Hartenberg notation)对7轴关节式坐标测量机进行了建模,并对参数个数和含义进行了深入研究.通过仿真发现7轴关节式坐标测量机直接标定时不能有效辨识某些参数的特殊问题.为解决该问题,设计了弯杆测头对测量机的整机参数进行标定.最后,将测量机测头换回直杆测头进行测头校准,获得更换测头后的测头参数.实验表明该方法能够有效地辨识出测量机整机的参数,能有效保证测量机的精度,这也证明了给出的测量模型的正确性.     

数控机床几何精度的位姿测量原理

为了获得数控机床全部的几何误差信息,根据激光跟踪仪的三维空间测量特性,提出一种数控机床几何精度位姿测量原理和几何误差分离原理。借助于一台固定安装于机床上的数控精密转台和一台激光跟踪仪获得机床运动轴的位姿信息,然后辨识出机床各项几何误差。首先,详细描述了位姿测量方法的基本原理,给出了平动轴误差测量数学模型,包括测量点、基点空间坐标的标定原理以及姿态偏差的获取步骤;然后,根据解析几何知识先后分离出3项转角几何误差和3项位置几何误差,并综合得出单个运动轴6项几何误差分离模型;最后通过数值模拟、测量实验以及对比实验验证了该原理的可行性和准确性。实验表明,采用位姿测量原理可以在2h内实现一台3轴高速数控铣床的精度检测,并准确分离出各项误差。位姿测量原理具有很高的测量精度与效率,解决了基点标定难题,且标定精度更容易提高。该原理为数控机床精度检测提供了一种新的思路,应用前景广阔。     

六轴混联数控机床的闭环控制及误差补偿

为实现开放式数控机床数控系统控制器可移植性和可扩展性要求,提出一种可应用于交流伺服电机的基于虚实映射的闭环控制结构模型,探讨了针对交流伺服电机的混联数控机床闭环结构的控制器改进方法;为提高机床的运动精度,通过激光干涉仪测量了坐标轴正反向定位精度。根据测量结果求出误差值,输入数控系统闭环结构中实现机床的误差补偿。实验结果表明,该方法将机床伺服轴定位误差由27.472μm降低为3.746μm,达到了提高机床精度的目的。     

平面三自由度冗余并联机床的分步自标定方法

针对平面三自由度冗余驱动并联机床,提出基于最少参数线性组合理论的分步自标定方法.根据误差模型输出和机构自由度,给出工程中所有常用的测量方式;然后逐一进行辨识性分析,得到各测量方式下可辨识的不同最少参数线性组合;在兼顾辨识完整性和参数辨识性能的条件下,确定出包含分步测量、分步参数辨识、分步误差补偿的分步自标定方法.仿真结果表明: 该方法可完全屏蔽掉不影响终端精度的无关参数,并可提高每步中参数辨识的准确性.最终参数辨识结果与设定值基本相同,验证了该方法的可行性.     

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.     

基于GA-SA算法的机器人几何参数误差辨识

几何参数误差对机器人末端绝对定位精度影响最大,而几何误差参数辨识是一个高维非线性问题,求解困难,所以建立一种简单高效的辨识算法是有必要的,本文提出了遗传模拟退火算法(GA-SA)对机器人几何参数误差辨识。以机器人末端位姿误差最小为目标,采用遗传模拟退火算法辨识机器人几何参数误差,以ABB IRB120为算例迭代1100次,遗传算法在200代陷入局部最优,模拟退火参与后最终适应度为0.0914。误差补偿结果表明：机器人末端位置误差沿X,Y,Z轴方向分别降低了88.05%,81.73%,83.72%,姿态误差分别降低了93.92%,83.64%,83.44%,证明遗传模拟退火算法可以有效辨识机器人几何参数误差,提高误差补偿后的机器人末端位姿精度。     

基于CPA和MDH的机器人运动学参数辨识与标定

为了提高机器人的控制精度,在分析国内外现有机器人建模方法和参数标定的基础上,兼顾建模方法的通用性和误差辨识的可操作性,提出一种采用基于圆周点分析(CPA)和修正Denavit-Hartenberg(MDH)联合建模的机器人运动学参数辨识与标定的方法。基于本研究所设计的Articulate机器人的实验结果表明,该方法能够将机器人精度由初始的3.156 mm提高到1.525 mm,且与单纯使用CPA方法或单纯使用MDH方法相比,本方法具有更高的精度,并能解决MDH方法对初值敏感性问题;本文中提出的机器人参数辨识和误差标定方法是在机器人通用模型基础上实现的,具有良好的可用性和提高精度效果。     

基于模型的工业机器人误差参数标定技术研究进展

 为提高机器人末端控制精度,围绕基于模型的工业机器人误差参数标定技术,总结了其应用在高精度机械加工制造领域时存在的误差参数不完整、标定成本高和标定精度不满足工业需求等关键问题;综述了误差参数标定模型建模方法、机器人末端位姿测量技术、误差参数辨识技术和误差补偿技术4个方面的进展,分析了处理复杂标定任务时基于模型的误差参数模型标定技术的主要难点进行总结,针对传统建模方法不再满足标定需求、现有自标定技术测量精度不够、传统线性辨识算法在辨识矩阵奇异或存在冗余参数时无法得到准确的辨识结果、如何高效获得和处理测量得到的误差数据等难题,提出了可行性解决方案及发展方向。     

基于空间球的三维激光扫描仪标定算法

针对三维激光扫描仪测量模型参数的估计问题,提出一种基于空间球的模型参数标定算法。该算法根据球状标定物上各激光扫描点与标定球球心的距离约束条件,建立三维激光扫描仪模型参数和标定球参数的非线性目标函数;综合采用入侵性杂草优化算法和Levenberg-Marquardt算法优化该目标函数,以实现激光扫描仪模型参数标定;通过增加标定球上的扫描点数,能够减弱激光扫描仪测量噪声对标定精度的影响,从而提高文中算法的模型参数标定精度。实验结果表明,该算法的标定精度高,模型参数估计的一致性好,且能有效抑制测量噪声对标定结果的影响。     

兼顾速度特性的三自由度混联机床尺度设计

以设计高速混联机床为目的,研究了一种两自由度并联机构的设计方法。建立了机构的运动学正逆封闭解方程、作业空间解析解和速度传递方程。根据机床的特点,定义出速度输出率和全域速度输出率指标,明确了机构输入和输出速度与设计参数之间的关系。提出一种兼顾速度和作业空间要求的并联机床尺度设计方法,并进行了具体的设计计算,结果证明该方法可行。基于此并联机构,给出了一台高速三轴混联机床的概念设计。