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精密卧式车床热误差溯源、建模与实时补偿

制造技术与机床 2024年第4期 132-139页

作者：吕军马骋董建军葛广言杜正春上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 通用技术集团机床工程研究院有限公司大连分公司辽宁大连116620 通用技术集团大连机床有限责任公司辽宁大连116620

精密卧式车床的关键部件会在内外热源的综合影响下发生热变形,进而严重影响加工精度。数据驱动的热误差建模方法为解决此问题提供了有效手段,而厘清车床的关键热误差元素及其传导机理可进一步提高车床热误差的建模效率、精度和鲁棒性。... 详细信息

精密卧式车床的关键部件会在内外热源的综合影响下发生热变形,进而严重影响加工精度。数据驱动的热误差建模方法为解决此问题提供了有效手段,而厘清车床的关键热误差元素及其传导机理可进一步提高车床热误差的建模效率、精度和鲁棒性。文章针对车床X轴丝杠摩擦热、主轴发热、Z轴鞍座发热以及液压刀塔和拖板发热4个关键热误差元素开展了溯源测试,并根据溯源结果建立了热误差模型并开发了热误差实时补偿系统。车削验证实验结果表明,补偿后车床的加工误差在反复的加工和冷机过程中均稳定降低了75%以上,文章所提的热误差溯源和补偿方法有效提高了车床的加工精度和稳定性。

关键词：卧式车床溯源分析误差建模实时补偿

三轴机床几何误差多边测量与非冗余无约束辨识

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机械设计与研究 2024年第1期40卷 1-7,14页

作者：邓铭葛广言董应明杨军朱炜炜杜正春杨建国上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 云南省机电一体化应用技术重点实验室昆明650031 宁波科威联创数控技术有限公司浙江宁波315400

数控机床几何误差的测量与辨识是其精度提升的基础,而采用激光跟踪干涉仪的几何误差多边测量与辨识方法由于其高效、便捷的优势获得了广泛关注。提出一种基于多边测量的三轴机床几何误差非冗余无约束辨识方法,借助过渡坐标系和中间物理... 详细信息

数控机床几何误差的测量与辨识是其精度提升的基础,而采用激光跟踪干涉仪的几何误差多边测量与辨识方法由于其高效、便捷的优势获得了广泛关注。提出一种基于多边测量的三轴机床几何误差非冗余无约束辨识方法,借助过渡坐标系和中间物理量,完全避免了冗余待辨识参数以及附加约束。与现有辨识方法相比,所提方法具有求解稳定性好、计算复杂度低的优点。实验结果表明,所提方法可完整、准确的辨识出三轴机床所有21项几何误差。

关键词：多边测量激光跟踪干涉仪数控机床几何误差辨识方法

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在机测量线激光传感器安装位姿的全局标定

仪器仪表学报 2022年第9期43卷 158-165页

作者：李津容葛广言冯晓冰杜正春上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

针对三轴数控机床激光测头安装位姿误差造成测量误差且不易调整和校准的问题,提出了一种在机测量线激光传感器安装位姿标定方法。建立了线激光在机测量系统的数学模型,通过机床运动带动线激光测头对标定基准点的空间位置进行测量,基于... 详细信息

针对三轴数控机床激光测头安装位姿误差造成测量误差且不易调整和校准的问题,提出了一种在机测量线激光传感器安装位姿标定方法。建立了线激光在机测量系统的数学模型,通过机床运动带动线激光测头对标定基准点的空间位置进行测量,基于手眼标定原理给出了关于测头安装位姿参数的线性求解算法,完成了对测头安装误差的全局标定。考虑了机床定位误差对于标定结果精度的影响,采用蒙特卡洛模拟进行了误差分析。采用半径为35 mm的圆孔进行测量验证,实验结果表明,标定后圆孔测量误差为0.0516 mm,测量精度提高了约96%,实验结果验证了该标定方法的有效性和可行性。

关键词：在机测量线激光测头标定手眼标定

基于前馈灰色预测和模糊控制的恒功率切削控制方法

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机械设计与研究 2022年第3期38卷 147-151页

作者：高威葛广言杨赟杜正春上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

针对数控加工中根据经验选择保守进给速度的方法加工效率低以及采用传统模糊控制方法实现恒功率切削响应速度慢,控制滞后的问题,研究了一种基于前馈灰色预测和模糊控制的恒功率切削控制方法,使用灰色预测模型实时监测和预测主轴电流,模... 详细信息

针对数控加工中根据经验选择保守进给速度的方法加工效率低以及采用传统模糊控制方法实现恒功率切削响应速度慢,控制滞后的问题,研究了一种基于前馈灰色预测和模糊控制的恒功率切削控制方法,使用灰色预测模型实时监测和预测主轴电流,模糊控制器在线自适应调整进给速度,以电流作为反馈量控制切削功率并保持切削过程稳定。设计了控制算法实现的逻辑框图,并进行了相应的硬件系统搭建和软件编写。最后,设计了变切深铣削实验对比三种不同方法的控制性能,验证了该方法的有效性。实验结果表明,该方法使被控参数更快回归设定参考值附近,有效提升了恒功率切削控制系统的灵敏度和控制响应速度,保护刀具的同时提高了机床加工效率。

关键词：数控加工主轴电流灰色预测模糊控制恒功率切削

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铣削加工力-位误差的综合建模与补偿

机械设计与研究 2018年第6期34卷 109-114页

作者：侯洪福葛广言杜正春杨建国上海交通大学制造技术与装备自动化研究所上海200240

基于铣削加工特点,建立铣削加工过程中的力-位综合误差模型,并基于原点偏移法建立了力-位综合误差在线补偿系统。根据铣削过程中的剪切和犁切机制,建立刀具微元切削力模型,通过积分得到切削力模型。依据变形理论,提出刀具及工件的切削... 详细信息

基于铣削加工特点,建立铣削加工过程中的力-位综合误差模型,并基于原点偏移法建立了力-位综合误差在线补偿系统。根据铣削过程中的剪切和犁切机制,建立刀具微元切削力模型,通过积分得到切削力模型。依据变形理论,提出刀具及工件的切削力所致误差模型,并结合机床几何误差模型,利用齐次坐标变换,建立力-位综合误差模型。基于Fanuc数控系统的原点偏置功能开发误差在线补偿系统,实现力-位综合误差的在线补偿。利用立式加工中心对工件进行铣削加工实验,并对无误差补偿、仅补偿机床几何误差、仅补偿切削力所致变形误差、补偿力-位综合误差四种加工方式的加工精度进行对比,结果表明,力-位综合误差补偿的加工精度大大优于各单项误差补偿及无补偿的加工精度。

关键词：铣削加工力变形力-位误差模型误差在线补偿

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汽车变速箱阀体加工变形的来源分析及补偿

机械设计与研究 2021年第2期37卷 78-82,91页

作者：韩立彰葛广言杜正春朱梦瑞陈志祥上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交大智邦科技有限公司上海201306

变速箱阀体是汽车变速部件中的重要配件。阀体件内部空腔多、深度大,由于其型腔的高度复杂性,传统的有限元法难以对其进行高效精确预测,通常采用反复离线测量和铣削来保证精度。为此,提出了一种基于在机测量的阀体件加工误差实时补偿方... 详细信息

变速箱阀体是汽车变速部件中的重要配件。阀体件内部空腔多、深度大,由于其型腔的高度复杂性,传统的有限元法难以对其进行高效精确预测,通常采用反复离线测量和铣削来保证精度。为此,提出了一种基于在机测量的阀体件加工误差实时补偿方法以提高加工精度。首先,通过实验确认主要误差源为装夹变形;其次,基于在机测量获得阀体误差曲面,并利用机器学习算法进行拟合,获得初步补偿模型;进而,针对面铣刀直径大的特点,建立了偏移式补偿轨迹;最后,基于数控机床的坐标原点偏移功能开发实时补偿系统并进行了阀体件加工误差的补偿实验。实验结果表明,补偿后的阀体件加工误差降低55%以上,并具有良好的一致性。

关键词：汽车变速箱阀体装夹变形在机测量面铣刀误差补偿

基于主轴负载模糊恒定控制的加工过程在线自适应控制方法

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机械设计与研究 2022年第1期38卷 144-149页

作者：聂培培肖域坤葛广言冯晓冰杜正春上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

在机床的复杂铣削加工过程中,使用模糊控制方法,根据主轴电流与目标电流的误差及其变化率,实时调整进给速度使主轴负栽保持稳定,达到保护刀具和主轴的目的。实验对比分别在无任何控制、传统PID控制、模糊控制三种状态下,主轴负栽的控制... 详细信息

在机床的复杂铣削加工过程中,使用模糊控制方法,根据主轴电流与目标电流的误差及其变化率,实时调整进给速度使主轴负栽保持稳定,达到保护刀具和主轴的目的。实验对比分别在无任何控制、传统PID控制、模糊控制三种状态下,主轴负栽的控制效果.,结果表明,与传统PID控制方法相比,使用模糊控制方法后,主轴负栽集中控制在目标负栽(1%);主轴电流波动幅度明显降低,主轴电流更加集中地稳定在目标电流(0.12 A)左右。

关键词：数控系统主轴负载在线控制 FANUC0i-F

基于在机测量的薄壁件加工综合误差建模与补偿

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航空制造技术 2022年第6期65卷 14-20页

作者：冯晓冰杜正春葛广言肖域坤朱梦瑞杨建国上海交通大学上海200240

薄壁零件因其优异的机械性能–重量比而广泛应用于航空航天等领域。但由于刚度低,薄壁件加工时受切削力与夹紧力的影响易产生变形,从而导致较大的加工误差。采用预测力致误差的解析解和有限元等方法难以应对复杂的加工工况。为解决这一... 详细信息

薄壁零件因其优异的机械性能–重量比而广泛应用于航空航天等领域。但由于刚度低,薄壁件加工时受切削力与夹紧力的影响易产生变形,从而导致较大的加工误差。采用预测力致误差的解析解和有限元等方法难以应对复杂的加工工况。为解决这一难题,提出了一种综合误差补偿方法,可预测并补偿3大主要误差源:几何误差、热误差和力致误差。首先,对机床几何误差和热误差进行建模与补偿,为在线测量提供足够的运动精度。其次,采用在机测量方法获得力致误差。通过坐标变换方法,将各误差源的补偿值转换到同一坐标系中,实现了3个误差源的综合补偿。基于数控系统的原点偏移功能,开发了一套误差实时补偿系统。应用此补偿方法对两类薄壁件加工,加工误差降低74%以上,加工效率提高41%以上,充分验证了综合误差补偿方法的有效性。

关键词：薄壁件力致误差几何误差热误差误差补偿在机测量

基于主轴电流和振动信号的数控机床刀具磨损在线预测

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机械制造 2023年第2期61卷 70-75,78页

作者：朱炜炜杨赟李全林葛广言王刚杜正春杨建国宁波科威联创数控技术有限公司浙江宁波315400 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为了实现数控机床加工过程中刀具磨损状态的在线预测,提高数控机床智能化水平,提出一种基于主轴电流和振动信号的数控机床刀具磨损在线预测方法。这一在线预测方法采集能够反映刀具磨损状态的主轴电流和振动信号,对信号进行频域、时频... 详细信息

为了实现数控机床加工过程中刀具磨损状态的在线预测,提高数控机床智能化水平,提出一种基于主轴电流和振动信号的数控机床刀具磨损在线预测方法。这一在线预测方法采集能够反映刀具磨损状态的主轴电流和振动信号,对信号进行频域、时频分析处理,采用小波包分解和经验模态分解两种方法进行特征提取,得到与刀具磨损状态变化密切相关的特征值,按照递增或递减趋势进行保序回归操作,使用指数平滑方法进行平滑处理,由此建立基于遗传算法参数寻优的支持向量回归模型,用于预测刀具磨损量。试验及应用表明,应用这一在线预测方法,刀具磨损预测的平均误差在25μm以内,满足企业加工要求。

关键词：主轴电流振动数控机床刀具磨损预测

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