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加工误差补偿的内车削再生颤振辨识与鲁棒控制

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机械设计与制造 2023年第5期387卷 17-25页

作者：方召董丽娟王耿许昌电气职业学院河南许昌461000 河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000

为解决内部车削再生颤振以及加工误差问题,提出了一种基于加工误差补偿的内车削再生颤振辨识与鲁棒控制方法。首先通过第一分量法实现了切削力模型参数辨识。然后利用上一步确定的切削力模型参数,综合考虑与颤振再生特性相关的时滞项,... 详细信息

为解决内部车削再生颤振以及加工误差问题,提出了一种基于加工误差补偿的内车削再生颤振辨识与鲁棒控制方法。首先通过第一分量法实现了切削力模型参数辨识。然后利用上一步确定的切削力模型参数,综合考虑与颤振再生特性相关的时滞项,以及切削力和柔性镗杆模型的不确定性,设计了一个鲁棒稳定控制器用于解决内部车削过程中再生颤振控制的关键问题。进一步前馈项来消除杆端偏转,有效实现了加工误差补偿。最后通过模拟内车削过程的实验证明提出方法可以得到切削系数和重叠因子的合理估计,并且可以提升切削过程颤振抗扰度,降低了切削力直流分量引起的柔性杆挠度误差。

关键词：车削加工再生颤振鲁棒控制加工误差补偿

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基于比对仪在线测量数据的加工误差补偿

组合机床与自动化加工技术 2022年第3期 111-115页

作者：向华周谋胡鹏程周浩华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心武汉430074

针对批量加工过程中可重复出现的系统误差分量,提出一种基于比对仪在线测量数据的加工误差补偿方法。使用比对仪在线获取零件表面点坐标;基于局部多项式回归建立零件确定性误差模型;利用最近点搜索算法建立了误差模型点的指令域映射关系... 详细信息

针对批量加工过程中可重复出现的系统误差分量,提出一种基于比对仪在线测量数据的加工误差补偿方法。使用比对仪在线获取零件表面点坐标;基于局部多项式回归建立零件确定性误差模型;利用最近点搜索算法建立了误差模型点的指令域映射关系;根据对应关系,提取了零件系统误差分量;面向华中数控系统,基于双码联控技术实现对加工误差的补偿。对蝴蝶件进行实验验证,结果表明,该方法将最大误差数值提升约46.5%,误差均方根数值提升约66.1%,可有效改善零件加工质量。

关键词：比对仪加工误差补偿指令域局部多项式回归双码联控

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光参量放大拼接晶体加工误差补偿系统设计

中国激光 2015年第1期42卷 356-361页

作者：张军伟闫威林东晖吴文龙王逍陈良明傅学军中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳621900

晶体拼接技术能够解决光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)过程中非线性晶体口径受限问题,从而有效地提高放大器的输出能力。晶体加工误差补偿是晶体拼接要解决的核心问题之一。对拼接晶体加工误差对光束质量的影响进行了分析,设计了拼接晶体加... 详细信息

晶体拼接技术能够解决光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)过程中非线性晶体口径受限问题,从而有效地提高放大器的输出能力。晶体加工误差补偿是晶体拼接要解决的核心问题之一。对拼接晶体加工误差对光束质量的影响进行了分析,设计了拼接晶体加工误差补偿方案,设计并加工完成拼接晶体加工误差补偿能动反射镜。通过实验验证了拼接晶体加工误差补偿方案的可行性和稳定性,同时证明了该系统满足晶体拼接要求。

关键词：光学设计光参量啁啾脉冲放大拼接晶体系统设计加工误差补偿

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自由曲面加工误差的在机检测、预测和补偿研究

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自由曲面加工误差的在机检测、预测和补偿研究

作者：黄凯奇广西科技大学

学位级别：硕士

随着航空航天、汽车制造、船舶制造等行业的迅速发展,自由曲面得到广泛的应用,对自由曲面工件的加工要求也越来越高。如何以现有的加工设备与加工条件实现高效率、高精度的自由曲面加工成为国内外学者的研究热点。自由曲面加工误差成因... 详细信息

随着航空航天、汽车制造、船舶制造等行业的迅速发展,自由曲面得到广泛的应用,对自由曲面工件的加工要求也越来越高。如何以现有的加工设备与加工条件实现高效率、高精度的自由曲面加工成为国内外学者的研究热点。自由曲面加工误差成因复杂,而在机检测系统(On-machine measurement,OMM)能在半精加工后对自由曲面工件的加工误差进行检测,数控机床可根据检测结果对自由曲面工件的加工误差进行补偿,不需要考虑加工误差的成因。本文对自由曲面的测点路径规划、加工误差预测与加工误差补偿几个方面进行研究,主要包括以下几点:(1)为了提高接触式检测的检测效率与检测可靠性,研究自由曲面测点的路径规划问题。首先分析自由曲面检测路径的构成,确定路径规划的目标函数。针对传统智能算法求解大规模旅行商问题(Traveling salesman problem,TSP)时求解效率低与求解质量不高的问题,采用基于AP聚类的蚁群算法,求解大规模自由曲面测点路径规划问题。最后,通过MATLAB仿真实验与数控机床在机检测实验对本文算法效果进行验证。(2)针对加工误差预测的问题,采用了基于模拟退火算法优化的BP神经网络算法与基于序列二次规划方法优化的普通克里金法,对自由曲面加工误差进行预测。针对BP神经网络容易陷入局部最优解的问题,采用模拟退火算法进行优化;对普通克里金法预测精度不足的问题,采用序列二次规划方法对相关函数进行优化。分别对SA-BP神经网络算法中的隐藏层单元数与普通克里金法的邻域样本点数进行试算,进一步提高算法预测精度。通过超高精度三坐标测量机(Coordinate measuring machine,CMM)在自由曲面零件上检测有限个样本点的加工误差信息进行预测精度验证实验。(3)为了提高自由曲面工件的加工精度,研究自由曲面加工误差补偿技术。采用基于序列二次规划方法(Sequence Quadratic Programming,SQP)优化的普通克里金法与镜像补偿法结合的补偿方法对自由曲面工件的加工误差进行补偿。在基于SQP优化的普通克里金法的加工误差预测结果的基础上,采用镜像补偿法计算补偿点,通过修改半精加工NC代码的方式对自由曲面工件的加工误差进行补偿,使自由曲面工件的加工精度得到显著提高。为了体现本文方法的优势,与采用修改整体加工余量的补偿方法作对比。完成补偿后,对由两种方法补偿的自由曲面工件在超高精度三坐标测量机上进行精度检测,验证补偿效果。

关键词：自由曲面在机检测路径规划加工误差预测加工误差补偿

基于比对仪在线测量数据反馈加工误差建模、补偿技术研究

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基于比对仪在线测量数据反馈加工误差建模、补偿技术研究

作者：周谋华中科技大学

学位级别：硕士

加工质量是制造过程的核心需求,误差补偿是一种高效提升零件加工质量的方式。基于零件测量数据的误差补偿方法,是误差补偿工作的重要分支。目前,基于零件测量数据的误差补偿研究,主要通过三坐标测量机获取零件表面数据,但该方法无法快... 详细信息

加工质量是制造过程的核心需求,误差补偿是一种高效提升零件加工质量的方式。基于零件测量数据的误差补偿方法,是误差补偿工作的重要分支。目前,基于零件测量数据的误差补偿研究,主要通过三坐标测量机获取零件表面数据,但该方法无法快速、在线获取零件误差;并且现有研究,主要基于逆向工程与CAM系统,重新生成补偿后的零件模型与加工代码,补偿流程繁琐,难以在车间批量加工场景下应用。面向批量加工场景,本文提出一种基于比对仪在线测量数据反馈加工误差建模、补偿系统,在车间环境内实现快速、便捷的加工误差补偿。主要内容如下:(1)设计了加工误差测量补偿系统。基于比对仪特点和优势,面向零件在线测量需求,提出了一个包含数据预处理、确定性误差建模、补偿量生成的误差建模、补偿系统。(2)确定性误差建模。考虑零件设计模型连续性和系统误差局部性特点,提出了基于B样条逼近及空间自相关分析的确定性误差建模方法(确定性误差模型表示零件设计模型与系统误差的叠加)和基于局部多项式回归的确定性误差建模方法。前者使用B样条建立模型,利用空间自相关分析检验模型的完备性,形成一种迭代建立确定性误差模型的方案;后者利用各点局部邻域内的坐标分布,估计系统误差影响下各点的坐标,形成一种分段建立确定性误差模型的方案。(3)设计了误差补偿量生成方法。基于KD树查找误差模型点的最近指令点,根据其对应关系,实现了对系统误差数值的提取和修正;基于镜像对称法生成系统误差补偿量;最终输出具有误差补偿信息的i代码。(4)测量、补偿系统软件开发和实验验证。利用Python开发了基于比对仪测量数据反馈加工误差建模和补偿软件。通过对蝴蝶件的测量和补偿,提高了蝴蝶件轮廓加工精度,验证了模型和算法有效性。

关键词：比对仪加工误差补偿局部多项式回归 B样条逼近空间自相关 i代码双码联控

基于机器视觉的钣金折弯加工精度检测与补偿研究

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基于机器视觉的钣金折弯加工精度检测与补偿研究

作者：徐帅南京邮电大学

学位级别：硕士

在钣金折弯加工过程中,需要机器人和折弯机配合完成折弯加工的各道工序,但由于机器人自身存在的定位精度问题和金属折弯件的材料特性,折弯成品的精度受到影响。针对折弯加工中存在的尺寸误差和成型角度误差问题,采用神经网络前馈和机器... 详细信息

在钣金折弯加工过程中,需要机器人和折弯机配合完成折弯加工的各道工序,但由于机器人自身存在的定位精度问题和金属折弯件的材料特性,折弯成品的精度受到影响。针对折弯加工中存在的尺寸误差和成型角度误差问题,采用神经网络前馈和机器视觉实时反馈联合补偿方法、机器视觉实时采集误差信息并反馈补偿方法分别补偿。主要研究内容如下:首先,设计机器视觉误差检测系统。以折弯加工检测精度要求对硬件选型,设置合适的光源、光圈和焦距等参数,并编写相应上位机程序。建立相机镜头畸变模型并对相机标定,计算重投影误差评价标定精度,并得出实际长度与像素长度的转化关系。此外,分别针对尺寸信息、旋转角度和成型角度的检测进行相应实验,以验证系统的测量精度。其次,图像处理并获取折弯尺寸和角度误差信息。对所采集的折弯件源图像预处理,并在Canny像素级粗定位基础上,以Zernike矩算法得到亚像素边缘,在Harris角点检测算法基础上细分并筛选出折弯件角点的亚像素级角点坐标。以折弯件实际位置和理想位置的亚像素角点坐标依次得出X、Y直线轴向定位误差、需补偿的旋转角度和当前成型角度,其中通过多次采样实验获取机器人X、Y直线轴向定位误差数据集,录入数据库中待用。再次,采用神经网络前馈和机器视觉实时反馈联合补偿尺寸误差。尺寸误差本质由于机器人X、Y直线轴定位误差和旋转轴旋转误差,补偿X、Y直线轴定位误差时,以Tent混沌映射生成麻雀初始种群优化麻雀搜索算法(ESSA),并通过ESSA算法优化Elman神经网络的初始权值阈值得到ESSA-Elman定位误差预测模型。实验测试机器人重复定位精度满足补偿要求后,通过ESSA-Elman预测X、Y直线轴定位误差值,并以此修正机器人理想操作参数来补偿折弯尺寸误差。补偿旋转轴旋转误差时,机器人末端吸附折弯件一次旋转后,机器视觉误差检测系统采集当前折弯件需补偿的旋转角度反馈给机器人末端,以二次旋转进一步补偿折弯件尺寸误差。然后,采用机器视觉实时反馈补偿折弯成型角度误差。成型角度误差本质由于金属折弯件材料回弹特性,补偿时折弯机以理论下压量一次折弯后,机器视觉误差检测系统采集实际成型角度,以此修正理论下压量并反馈给折弯机上模二次下压补偿折弯成型角度误差。最后,补偿前后折弯成品精度对比实验。采用以上方式补偿尺寸误差和成型角度误差后的折弯组A、未补偿的折弯组B在相同工序和参数下各折弯加工5块相同折弯件,测量得出折弯组A折弯成品的尺寸误差和折弯成型角度误差比折弯组B分别降低了79.7%和68.1%。

关键词：机器视觉检测钣金折弯加工加工误差补偿麻雀搜索算法 Elman神经网络

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曲面在机检测的误差补偿技术研究

曲面在机检测的误差补偿技术研究

作者：喻世芳广西科技大学

学位级别：硕士

随着航空航天、国防工业及医疗器械等高端制造业的快速发展,曲面类工件的应用越来越广泛。如何保证曲面工件的加工精度、加工效率、检测精度以及检测效率等问题也就成为了国内外学者研究的热点。面对制造业中日益复杂的加工工件,其检测... 详细信息

随着航空航天、国防工业及医疗器械等高端制造业的快速发展,曲面类工件的应用越来越广泛。如何保证曲面工件的加工精度、加工效率、检测精度以及检测效率等问题也就成为了国内外学者研究的热点。面对制造业中日益复杂的加工工件,其检测过程可以通过数控机床在机检测来实现。在机检测(On-machine measurement,OMM)可以在不拆装工件的情况下进行误差检测,从而进行补偿,有效地提高检测效率。本文主要研究测头半径补偿、采用柔度误差模型重构曲面法对加工误差进行补偿以及采用遗传算法优化的BP神经网络算法对加工误差进行预测并补偿这几个方面。具体包括以下几点:(1)在使用在机检测等接触式测量进行检测时,所获取的数据是测头中心点的数据坐标,与实测点间存在误差。针对这一问题,提出一种三角网格模型法与非均匀有理B样条(Non-uniform rational B-spline,NURBS)曲面重构法相结合的方法对测头半径进行补偿。首先对测头中心采样点进行曲面拟合,然后对该曲面进行三角网格划分,求解三角网格顶点法矢并计算出实测点。再选取高斯曲率较大或曲面法矢方向与坐标平面夹角较小的区域,进行NURBS曲面重构,求出重构后的实测点。最后通过MATLAB仿真实验与三坐标测量机(Coordinate measuring machine,CMM)检测实际曲面补偿前后的对比实验对本文提出的方法进行验证。(2)为了减小曲面工件在加工过程中由于系统整体柔度和加工刀具磨损产生的误差,提高曲面工件的加工精度,采用一种基于柔度误差模型重构曲面的加工误差补偿方法。在多次切削过程中,通过用接触式测头来代替刀具实现在机检测。在最后一次半精加工后,检测加工后的误差值并采用柔度误差模型进行补偿,该模型可以预测系统整体柔度的变化并根据之前切削深度下的测量误差来估计精加工切削深度时的加工误差。本文采用基于柔度误差模型重构曲面法与基于柔度误差模型修改整体加工余量法这两种方法分别对两个公式曲面工件和两个自由曲面工件进行加工误差补偿实验验证。再将最终加工后的四个工件放入CMM上进行精度检测,验证两种方法的补偿效果。(3)针对自由曲面的检测效率不高以及加工精度较低的问题,建立了一种自由曲面加工误差的预测与补偿模型。该模型是采用遗传算法(Genetic algorithm,GA)来优化BP神经网络(Back propagation neural network,BPNN)从而实现自由曲面加工误差的预测与补偿。首先通过CMM在自由曲面上测量部分数据点的加工误差,以此误差来预测其他数据点的加工误差并与实际测量结果进行对比验证。然后进行自由曲面工件加工实验,在半精加工后采用该算法进行加工误差预测,并采用曲面重构法与修改整体加工余量法分别对两个自由曲面工件进行补偿。最后通过在机检测实验与CMM精度检测实验来验证这两种方法都可以提高检测效率和加工精度。

关键词：自由曲面在机检测测头半径补偿柔度误差模型加工误差预测加工误差补偿

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轴套零件数字化无人值守加工关键技术研究

轴套零件数字化无人值守加工关键技术研究

作者：喻志响上海大学

学位级别：硕士

大力发展以数字化、自动化和信息化为特点的先进制造技术,已经得到了普遍的国际认同与响应,也是实现我国由制造大国转变为制造强国的必由之路。为此,结合上海市科学技术委员会科研计划项目“提升数字化设计制造平台的技术与服务能力建... 详细信息

大力发展以数字化、自动化和信息化为特点的先进制造技术,已经得到了普遍的国际认同与响应,也是实现我国由制造大国转变为制造强国的必由之路。为此,结合上海市科学技术委员会科研计划项目“提升数字化设计制造平台的技术与服务能力建设”的实施,本文以实现轴套零件数字化无人值守加工为主旨,围绕自动加工子系统与自动上下料子系统的集成、零件加工误差的在线测量与补偿、刀具磨钝的自动识别等问题进行了以下研究:(1)研究了实现无人值守加工所需的自动加工子系统、自动上下料子系统的工作原理、实现方法以及子系统之间的集成技术。以此为基础制定了加工单元的系统集成方案,有效且可靠地实现了数控加工中心、机器人、工业相机、接触式测量装置及刀具磨损监测系统之间的集成。(2)基于接触式在线测量装置,编制了测量运动数控宏程序,并开发了相应的误差评定分析及补偿值计算软件。首先利用接触式测量系统实现了工件坐标系的自动调整以代替人工对刀操作,然后基于测量数据在上位机软件中实现了轴套零件的圆度和圆柱度评定。最后引入了PID算法计算零件加工误差补偿值,为此参考车削加工动力学模型,建立了PID参数优化目标函数,并利用遗传算法实现了PID参数的寻优。(3)分析了刀具的磨损过程以及磨钝标准,利用切削振动信号的均方值及走刀次数,制定了刀具磨钝的判定流程和规则。并且搭建了基于NI-c DAQ平台的切削振动信号采集系统,分析了传感器位置、特征信号以及判别阈值的选取问题。利用Labview开发了配套的刀具磨损监控软件,并通过实验验证了该系统在固定加工条件和切削参数下刀具磨损识别应用中的有效性。(4)通过轴套零件无人值守加工的实验,验证了本文提出的系统集成方案的正确性,以及该无人值守加工单元的稳定性和有效性。通过加工误差补偿实验,证明了利用PID算法计算补偿值在实际加工应用中的优越性。

关键词：无人值守加工自动上下料在线测量刀具磨钝判别加工误差补偿

航空发动机精锻叶片数控砂带磨削工艺基础研究

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航空发动机精锻叶片数控砂带磨削工艺基础研究

作者：吴海龙重庆大学

学位级别：硕士

叶片作为航空发动机的关键零件之一，对航空发动机的性能有着至关重要的影响。叶片在发动机中的功能使命及其工作特点，决定了叶片是发动机中形状复杂、尺寸跨度大、受力恶劣、承载最大零件。它在高温、高压和高速状态下运转，通常需要... 详细信息

叶片作为航空发动机的关键零件之一，对航空发动机的性能有着至关重要的影响。叶片在发动机中的功能使命及其工作特点，决定了叶片是发动机中形状复杂、尺寸跨度大、受力恶劣、承载最大零件。它在高温、高压和高速状态下运转，通常需要合金化程度很高的热强钢、钛合金以及高温合金等材料制成，为满足发动机高性能、工作安全性、可靠性及寿命的要求，叶片又必须具有精确的尺寸、准确的形状和严格的表面完整性。新一代的航空发动机叶片多采用精密锻造方法制造，叶片型面由锻模保证，成型精度高，成型后叶身型面不需要二次加工，但由于此类叶片边缘曲率变化大，加工余量分布不均匀且对气动外形极具敏感，精锻很难满足进排气边加工要求。目前国内精锻叶片边缘加工通常采用普通铣床切边后手工打磨，容易出现叶片弦长超差、截面型线变异、边缘与叶身转接不圆滑等问题，导致叶片废品率较高，产品一致性差，且加工效率低下。为实现航空发动机精锻边缘的高效高精密加工，提出采用数控砂带磨削叶片进排气边的加工方法。论文的主要研究工作如下：①航空发动机叶片常用难加工材料（钛合金和镍基高温合金）砂带磨削适应性及有效性分析。②根据航空发动机精锻叶身无余量叶片加工要求和工艺现状，拟定叶片边缘数控砂带磨削加工工艺路线。在自由曲面六轴砂带磨削基础上，通过对单颗磨粒法向接触压力模型分析，提出增加法向接触压力轴控制的七轴联动叶片边缘数控砂带磨削方法，并对接触压力控制方案进行研究。然后，对精锻叶片边缘数控砂带磨削工艺进行分析，确定加工定位基准和走刀方式，并对砂带、接触轮以及磨削用量进行了优化选择。③建立精锻叶片边缘余量模型，提取出各磨削刀位点边缘余量值。通过叶片边缘磨削实验，得到材料去除量预测模型，进而得到边缘磨削参数控制模型，并由提取后的边缘余量数据文件，计算出各磨削刀位点所需磨削参数值。④开展叶片边缘数控砂带磨削试验，验证提出的叶片边缘磨削材料去除量预测模型和变磨削参数控制叶片边缘当量磨削方法，并对磨削参数控制模型和磨削工艺方法进行优化。在此基础上，提出基于样件测量的加工误差补偿方法，并通过试验验证方法的可行性。

关键词：精锻叶片进排气边缘砂带磨削材料去除加工误差补偿