五轴数控机床综合误差建模分析

分析了机床运动副的误差运动学原理，利用齐次坐标变换对一台包含3个移动副和2个转动副的五轴加工中心建立了误差综合数学模型．模型中不仅包含了几何误差且包含了热误差，共计57个误差元素．本分析方法可为其他类型的多轴数控机床、机器人的误差综合建模及补偿提供理论参考．     

基于误差分解的数控机床热误差叠加预测模型及实时补偿应用

针对数控机床热误差变化复杂而难以用常规方法预测的问题,将温升过程的热误差按不同的误差因素分解为静态基准误差和温升影响误差2个部分,分别建模并叠加生成热误差整体预测模型;利用所建模型对一台典型三轴数控铣床进行热误差预测;同时,结合自主研发的误差实时补偿系统,采用模型预测值对机床热误差进行实时补偿.结果表明：所提出的模型可以准确预测温升过程中任意温度的变化状态和坐标位置的热误差;模型预测值对机床热误差的补偿效果显著,可大幅降低热误差对加工精度的影响.     

基于时间序列算法的数控机床热误差建模及其实时补偿

提出了一种基于时间序列算法的机床热误差建模方法.通过时序算法综合分析软件,对实测的热误差数据进行预处理、模式识别、模型参数估计、循环定阶判别以及模型整合,建立表征机床热误差变化规律的实时补偿模型,并通过判别温度变化趋势,实时调整模型迭代系数.通过实时补偿系统,利用所建立的热误差补偿模型对数控机床的热漂移误差进行实时补偿加工.结果表明,工件的径向尺寸误差从补偿前最大的112μm降低到7μm,机床加工精度和稳定性大幅度提高.     

数控机床运动误差的检测与仿真

分析了造成数控机床运动误差的主要来源,给出了各主要误差来源对应的特征曲线.提出了一种可用于综合误差诊断的数学方法,并通过大量的仿真研究证明:运用该算法诊断综合误差来源结果正确,方法有效可行.     

数控机床热补偿中温度变量的选择与建模

叙述了一种在机床热补偿过程中,利用多元统计分析中的聚类分析方法对温度变量进行初步筛选,然后利用逐步回归方法获得最优模型的方法.对一台车削加工中心温度测量的变量进行了选择,并且利用逐步回归方法得到了补偿模型.结果表明,这种建模方法,不但很好地避免了温度测点的相互影响,保证了模型精度,而且节省了工作量和成本.     

并联机床驱动杆铰链位置误差分析

为提高并联机床运动精度,解决其铰链误差对运动精度的影响问题,以东北大学开发的3-PTP并联机床为分析对象,采用叠加原理,建立三自由度并联机构驱动杆铰链误差模型;采用矩阵范数分析驱动杆铰链误差对动平台终端运动精度的影响规律.分析表明,结构参数λ大,不利于减小工作空间内动平台位置误差的最小值,但对其最大值影响不大.该误差模型的建立为此并联机床进一步优化机构设计参数以及误差补偿奠定了基础.     

截面最小二乘圆心位置的余弦回归提取法

截面最小二乘圆心在绝对坐标系内的位置是影响圆柱度形状误差大小的重要因素。合理确定其位置,是圆柱度形状误差重构的基础。从分离出的回转误差运动中有效地提取截面最小二乘圆心的偏心误差运动,目前还没有合适的方法。基于纯回转误差运动中一阶谐波分量仅影响重构出的圆柱体在绝对坐标系内的位置,不影响圆柱度误差的大小。提出了一种提取截面二乘圆心运动(圆柱度重构基准)的方法———余弦回归提取法,即采用分离出的回转误差运动中的一阶谐波分量来代替偏心误差运动。结果表明:该方法提取的最小二乘圆心在绝对坐标系内具有良好的复现性,从而有效地解决了圆柱度测量中重构基准难以确定的问题。     

基于二次相移数据重组的直行运动误差在线检测分离技术

通常的直线误差分离方法,一般是先行分离出工件的形状误差,再据此求出运动误差,由于存在着误差残留,不利于运动误差的在线检测．本在三点法测量数据的基础上,提出了两种基于二次相移的直行运动误差先行分离方法：单信道二次相移数据重组法和多信道二次相移数据重组法,即通过对三测头数据按照二次相移原则进行单信道或多信道的数据重组,便能够在EST的首次操作时消除形状误差的影响,在反滤波基础上先行分离出直行运动误差的平移分量和转动分量．权函数的对比分析表明：先行分离出运动误差的单信道或多信道二次相移数据重组法与先行分离出形状误差的普通频域三点法具有相同的权函数,它们在本质上具有同源性和统一性．实测结果证明了这两种方法的正确有效性．     

乱序四点法直线误差分离技术

提出了一种新的时域乱序四点法直线误差分离技术，它通过对4个特定布置传感器的输出数据进行冗余组合和乱序递推，能快速精确地分离出工件的直线形状误差和工作台的直行误差运动，该方法既避免了频域三点法中必须经过正反两次Fourier变换从而使计算时间相对较长的问题，又有利于在线检测与补偿加工；同时，既克服了时域逐次三点法传感器之间的间距必须等于采样间隔的限制，又可以获得更为密集的采集数据，达到更高的分离精度。     

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.     

基于时空特征组合模型的转辙机故障诊断

为解决转辙机故障诊断领域中存在的单一特征信息提取不足、单一诊断方法难以避免因方法局限性造成的分类误差,同时其存在一定程度的过拟合,以及泛化能力、鲁棒性不足的问题,提出了一种基于时空特征组合模型的故障诊断方法。首先,在ZYJ7电液转辙机的8种故障模式和正常模式所对应的油压曲线上提取时频域小波系数作为原始数据集,采用核主成分分析（KPCA）和长短期记忆网络（LSTM）提取其空间、时间特征,之后基于add思想构建时空特征集。其次,对卷积神经网络（CNN）、LSTM两分类器关键参数寻优后分别进行故障诊断,得到各个故障类型的概率值和误差系数。最后,利用误差倒数法对两分类器各个故障类型的概率值赋予权重,得到最终输出结果。仿真结果表明：CNN-LSTM组合模型诊断准确率达98.14%,较单一多层感知机（MLP）、CNN、LSTM模型准确率分别提升7.40%、5.55%、1.85%。可见此方法有效提高了转辙机诊断准确率,为集成学习模型在转辙机故障诊断领域的应用提供了一种思路。     

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.     

数控机床主轴热特性分析

主轴热误差是数控机床热误差的主要组成部分,热弹性现象是交替变化的热源作用在构件上产生的,误差补偿是提高机床精度的最有效方法之一．为此,提出并分析了一维主轴热弹性现象产生的原因及其重要特征,并通过有限元分析和实验验证了热动态特性的存在及变化规律．随着时间的增长,温升．热变形之间的关系会逐渐趋近稳态,但不可能获得绝对的稳态．在传热过程中,随着传热距离的增加,温度变化滞后性越大．     

数控机床的误差模型

以多体系统基本理论为基础,根据数控机床实际情况,推导出数控机床几何误差模型,建立了适合于各类工程对象进行运动误差分析与研究的一般多体系统误差分析理论,在此基础上,可以推导出加入热误差和变形误差在内的数控机床误差模型。     

数控机床平面误差场的接力测量法

分析了数控机床几何误差的固有特性,提出一种使用较小范围测量仪器获得整个机床平面误差场信息的方法——接力测量法.该方法以距离机床坐标原点较近的点（该点的误差直接通过测量仪器获得）为基点,从而获得离机床坐标原点较远位置点的误差,依此类推,最终获得整个机床平面上位置点的误差信息.给出了接力测量的法则,对平面误差场中任意一点的误差,应以最少的接力次数获得,接力测量次数相同时,测量路径对测量结果影响不大.试验结果表明,在数控机床反向间隙补偿后,由接力测量产生的误差对测量结果影响很小,接力测量法具有较高的测量精度,且操作方便,能够用来进行平面误差场的标定.     

NC加工位置误差模型及其测量和补偿方法研究

机床误差补偿是为了达到"抵消"刀具位置的误差,消除或减少加工误差.从不追溯误差来源的角度,提出了机床加工位置误差有限元模型.这种模型建模方法简捷,既能够准确地表示机床误差及其分布,又能以简单、经济的方法加以标定.误差有限元的网格越密,该模型精度越高.为了高效标定误差有限元网格节点参数,提出了用跟踪激光干涉仪实现机床误差的直接测量方法.同时,提出了基于位置误差有限元模型的实时补偿软件设计方法,介绍了基于华中Ⅰ型数控系统的实验情况.实验证明,位置误差有限元补偿方法是一种提高数控机床精度经济而有效的方法.     

元动作装配单元误差传递模型及有效路径求解方法

在对机械产品进行"功能-运动-动作"结构化分解的基础上,将影响元动作装配单元装配精度的误差源分为零部件的形状误差、位置误差、装配位置误差和运动误差等四类误差源。引入误差链接模型作为元动作装配单元误差关联关系的基本封装单元,构建结构化误差关联模型——链接网络和链接矩阵,形象描述误差间的耦合嵌套关系。提出基于误差链接模型的装配误差传递路径求解方法,用老鼠迷宫算法搜索所有可能的误差传递路径,以装配精度最高作为判别依据,得到各误差分量的有效传递路径。以蜗杆转动元动作装配单元蜗杆轴线平行度误差有效传递路径为目标,对上述方法进行验证,结果表明该方法能够高效地搜索到所有误差传递路径,并快速获得有效传递路径。该方法的提出为整机装配过程质量预测与控制提供了理论依据。     

变轴数控机床伸缩杆长度误差诊断的矢量法

为了探索用球杆仪诊断变轴数控机床伸缩杆误差的方法,根据球杆仪诊断传统数控机床误差的原理,提出了基于轨迹圆的矢量法,研究伸缩杆长度误差对动平台位置误差的影响.利用伸缩杆长度误差测量数据,通过图解法和位置正解的数值方法进行计算,均证明矢量法正确.该研究结果为应用球杆仪诊断变轴数控机床伸缩杆长度误差提供了可能.     

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.
     

数控机床补偿误差的激光干涉仪识别技术

提出了基于数控机床的空间误差模型,用激光干涉仪测量机床工作空间中的对角线位移误差来识别机床空间误差的方法,解决了机床垂直轴roll误差的测量难题。结果表明所提出的方法测量精度高,缩短了测量时间,减少了对光学器件的需求量。