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基于s试件的五轴数控机床加工精度影响因素分析与误差溯源研究

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基于S试件的五轴数控机床加工精度影响因素分析与误差溯源研究

作者：曹晓欣电子科技大学

学位级别：硕士

五轴数控机床是一个极为复杂的系统,影响其加工精度的因素主要包括几何因素、动态因素、热因素和力因素。为了提高五轴数控机床的加工精度,需要对机床进行精度检测和误差溯源。s试件被越来越广泛地应用于精度检测,其优点在于能够很好地... 详细信息

五轴数控机床是一个极为复杂的系统,影响其加工精度的因素主要包括几何因素、动态因素、热因素和力因素。为了提高五轴数控机床的加工精度,需要对机床进行精度检测和误差溯源。s试件被越来越广泛地应用于精度检测,其优点在于能够很好地反映机床五轴的联动情况,并能综合反映机床的加工性能。在基于s试件的误差溯源方面,由于s试件与五轴数控机床的加工误差映射函数复杂,其误差溯源理论仍需完善。综合评价是一种管理认知过程,被广泛应用于经济、社会、教育等领域。本文通过综合评价法对机床的加工精度进行评价,针对精度等级较差的机床,对其加工误差进行溯源。论文的研究工作如下:1.建立数控机床的运动误差模型。基于控制理论经典的PID模型,建立五轴数控机床平动轴和转动轴的控制模型。结合各运动轴的动力学模型,建立各轴的进给伺服系统模型。添加力因素和几何误差完善机床模型,并用粒子群优化算法优化机床伺服系统来提高其动态响应。2.分析五轴机床多种因素对s试件加工精度的影响。对五轴数控机床进行分类并建立各类型五轴数控机床的拓扑结构链。针对不同的拓扑结构,对机床进行运动学分析。以CA型双摆头五轴数控机床为例,仿真分析动态因素和几何误差对s试件加工误差的影响。3.评价机床的精度等级。在综合评价理论的框架下,对影响机床加工误差的因素进行提取,并通过相应的隶属关系对提取的因素进行分层,建立机床的指标体系。使用层次分析法确定体系各层中各因素所占权重,最终得出机床的精度等级。4.对加工误差进行溯源。使用综合评价法得到隶属度向量和权重向量,对影响机床加工精度的因素进行排序,从而对加工误差进行溯源。对溯源软件进行改进,根据溯源软件得出的结果指导调试机床控制面板参数,用于机床的验收和精度的改良。

关键词： s试件进给伺服系统多体理论综合评价理论

基于深度学习和s试件的五轴机床误差溯源方法研究与实现

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基于深度学习和S试件的五轴机床误差溯源方法研究与实现

作者：顾阳电子科技大学

学位级别：硕士

今年,我国大飞机C919完成首航,航母舰队投入使用,国人为之自豪。五轴机床在此发挥了重要作用。五轴机床在切削自由曲面时具备优异的性能,广泛应用于船舶、航空航天、国防军工等领域。五轴机床在三轴机床基础上增加了两个转动轴,提升加... 详细信息

今年,我国大飞机C919完成首航,航母舰队投入使用,国人为之自豪。五轴机床在此发挥了重要作用。五轴机床在切削自由曲面时具备优异的性能,广泛应用于船舶、航空航天、国防军工等领域。五轴机床在三轴机床基础上增加了两个转动轴,提升加工性能的同时极大增加了机构运动的复杂性,目前国内外对于五轴机床的加工性能测试缺乏相应的评定标准。成都飞机工业公司根据国外检测试件缺陷和实际生产经验设计出s试件。通过五轴机床切削s试件,能综合反映机床的加工性能和动态特性。但目前建立s试件与五轴机床误差项间的映射函数较为困难,基于s试件的机床误差溯源理论仍然有待完善。深度学习是一种机器学习算法,能够直接处理图像等高维结构数据,自动建立准确的映射函数,在多个相关领域的取得成功。本文在现有误差溯源方法基础上,参考深度学习在相关任务的应用办法,提出一种基于s试件和深度学习的五轴机床误差溯源方法,对于完善s试件的机床误差溯源理论并提高五轴机床的加工性能具有重要意义。具体研究内容如下:1、设计实际刀具位姿切削s试件的仿真算法,建立五轴机床单项误差与s试件轮廓度误差的正向映射函数。包括基于多体理论建立五轴机床空间误差模型、通过Matlab辅助分析各单项误差与s件轮廓度误差的对应关系。2、设计用于拟合s试件与误差项间映射函数的深度学习卷积神经网络结构,特殊改进包括将s试件三维点云数据通过拉伸和投影转化为三张不同维度的误差图,为此设计三通道的结构;误差数据的分布不稳定,精度高,采用批量正则化操作调控数据分布;实现剪枝策略对网络结构进行优化。3、实现基于深度学习和s试件的五轴机床误差溯源实验方案,包括规划数据集训练策略、规格标准;基于ipython notebook建立可在线编程、可视化的客户端测试框架;搭建维护实验室深度学习服务器与远端登陆等服务;最后基于Caffe平台进行实验,验证了整体方案的可行性和正确性。

关键词：深度学习 s试件误差溯源五轴机床

基于s试件加工刀具包络面的五轴数控机床动态误差研究

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基于S试件加工刀具包络面的五轴数控机床动态误差研究

作者：杨佩电子科技大学

学位级别：硕士

近些年来,数控机床朝着高速、高精度方向发展,动态误差日益受到重视。五轴数控机床应用广泛,在进行加工时,动态误差影响着其加工精度,对动态误差进行分析有利于提升五轴数控机床的加工精度。针对五轴数控机床的误差检测,目前主要是通过... 详细信息

近些年来,数控机床朝着高速、高精度方向发展,动态误差日益受到重视。五轴数控机床应用广泛,在进行加工时,动态误差影响着其加工精度,对动态误差进行分析有利于提升五轴数控机床的加工精度。针对五轴数控机床的误差检测,目前主要是通过试切检测试件,并对其进行测量得到误差的大小,并以此作为机床加工精度的评判依据。但实际的加工检测中,会引入原理误差和其他误差,导致试件测量结果不能准确反映机床的精度。虽然采取多种技术手段可以降低数控机床加工的误差,但是仍然不能排除原理误差的影响。因此本文研究了基于刀具包络面的s试件轮廓误差计算方法,旨在排除原理误差对最终结果的影响。该方法针对s试件模型,在加工过程中通过采集五轴数控机床各轴的实际位置,计算s试件的轮廓误差。首先,针对s试件进行建模,构建s试件的理论模型;针对双转台五轴数控机床进行运动学分析,建立数控机床的运动学模型,得到理论运动变换。其次,建立侧铣刀具的几何模型与解析表达式,通过侧铣加工包络条件推导刀具扫掠包络面的计算过程;针对加工s试件用的圆柱铣刀,根据刀位文件得到其运动轴迹面,进而得到圆柱铣刀侧铣加工包络面。接着,针对实验中的五轴数控机床,在按照给定的精加工代码运行时,采用数据监控客户端采集机床各轴的运动位置;通过刀具位置来获取检测试件的侧面轮廓,将该侧面与理论加工侧面进行对比,得到实际采集获取的侧面与理论加工侧面之间的偏差,然后使用三坐标测量机测量s试件,得到轮廓误差。最后,采用本文方法,在实验中进行了s试件动态误差计算,得到在空载与负载情况下的刀具扫掠轮廓可视化表达,并计算得到对应的轮廓误差图。通过本文的研究,排除了s试件在进行侧铣加工时的原理误差,使数控机床的动态误差更加准确。

关键词：五轴数控机床 s试件轮廓误差运动学模型包络面

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s试件加工中奇异点优化算法的研究

机械制造 2019年第2期57卷 78-81页

作者：周金强吕洪超胡慧莉宫秀梅刘大琼上海航天设备制造总厂有限公司上海200245

针对s试件在五轴加工中产生的奇异点问题,对奇异点的产生原因进行了分析。为减小奇异点处非线性误差过大的影响,在后置处理阶段提出一种优化算法,通过线性插值增加刀位点数量,控制C轴程序段中的最大变化值,进而减小非线性误差。通过仿... 详细信息

针对s试件在五轴加工中产生的奇异点问题,对奇异点的产生原因进行了分析。为减小奇异点处非线性误差过大的影响,在后置处理阶段提出一种优化算法,通过线性插值增加刀位点数量,控制C轴程序段中的最大变化值,进而减小非线性误差。通过仿真及实际加工,验证了这一优化算法的正确性。

关键词： s试件加工奇异点算法

基于s试件的AC双转台五轴数控机床加工精度检测联合仿真

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河北工程大学学报（自然科学版） 2019年第3期36卷 95-100页

作者：赫巍巍关立文李大奇东北石油大学机械科学与工程学院黑龙江大庆163318 吉林大学机械与航空航天工程学院吉林长春130022 清华大学机械工程系北京100084

为了深入研究高档数控机床的加工精度检测机理,利用Adams和Matlab/simulink软件平台对AC双转台五轴联动数控机床加工s试件的运动过程进行联合仿真。首先搭建了机床的机械系统和控制系统模型,然后将整机机械模型的6个输入变量和12个输出... 详细信息

为了深入研究高档数控机床的加工精度检测机理,利用Adams和Matlab/simulink软件平台对AC双转台五轴联动数控机床加工s试件的运动过程进行联合仿真。首先搭建了机床的机械系统和控制系统模型,然后将整机机械模型的6个输入变量和12个输出变量通过Adams/Control模块分别与simulink建立的控制模型进行对接,完成系统输入、输出的设置,从而实现整机机电耦合的联合仿真。仿真结果表明五轴机床在加工s试件过程中各个轴的运动都呈非线性变化,与工程实际经验相符。

关键词： s试件 Adams AC双转台五轴联动数控机床 simulink 机电耦合

五轴机床各轴刚度对s试件的轮廓误差影响的建模仿真

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机械工程师 2022年第1期 4-8页

作者：史凤梁陈秀梅杨庆东北京信息科技大学机电工程学院北京100192

成都飞机工业集团提出的s试件是针对五轴数控加工中心的动态加工精度而设计标准试件,并且该试件在机床的验收工作中取得了良好效果,但s试件的各项误差与机床各单项性能指标对应的映射关系尚无法精确建立,为研究机床各轴刚度特性对s试件... 详细信息

成都飞机工业集团提出的s试件是针对五轴数控加工中心的动态加工精度而设计标准试件,并且该试件在机床的验收工作中取得了良好效果,但s试件的各项误差与机床各单项性能指标对应的映射关系尚无法精确建立,为研究机床各轴刚度特性对s试件轮廓误差的影响,文中建立了机床各轴的动力学模型,并基于多体空间理论建立了五轴机床的运动学模型,结合仿真加工的G代码和机床原始误差得到了s试件的轮廓误差模型,通过实际加工验证了模型的正确性,并在此基础上研究了各轴刚度对s试件轮廓误差的影响,为优化机床刚度性能提供了理论基础。

关键词：五轴机床 s试件轮廓误差各轴刚度

考虑几何误差和跟随误差的五轴联动轨迹误差预测方法

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西安交通大学学报 2021年第10期55卷 38-49页

作者：吕盾罗世有王大伟汤洪涛赵万华卢秉恒西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710054 科德数控股份有限公司辽宁大连116600

为了准确分析五轴联动轨迹误差,从而提升零件加工效率,提出了考虑几何误差和跟随误差的五轴联动轨迹误差预测方法,在加工前或加工中预测在某选定机床上加工某轨迹的轨迹误差,提前判断选定机床是否能够满足零件轮廓误差的要求,保证零件... 详细信息

为了准确分析五轴联动轨迹误差,从而提升零件加工效率,提出了考虑几何误差和跟随误差的五轴联动轨迹误差预测方法,在加工前或加工中预测在某选定机床上加工某轨迹的轨迹误差,提前判断选定机床是否能够满足零件轮廓误差的要求,保证零件的加工精度,提高加工效率。所提方法将位置相关的30项几何误差表征为函数,将位置无关的11项几何误差表征为常量,读取各轴指令位置序列和光栅检测位置序列,合成了包含跟随误差和41项几何误差的刀轴矢量轨迹,实现了五轴刀心位置轨迹误差及刀轴姿态轨迹误差的预测,并选用AC双转台立式五轴机床加工s形试件,对所提五轴联动轨迹误差预测方法进行实验验证。结果表明:指令轨迹和预测轨迹均呈现出s形,预测轨迹相对于指令轨迹存在一定偏差,呈现了几何误差和跟随误差的影响;实测轨迹与预测轨迹具有相同的变化趋势,两曲线均反映出部分尖峰特征,说明预测算法的正确性。

关键词：五轴机床几何误差跟随误差轨迹误差 s试件误差预测

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面向航空领域数控系统关键技术研发与应用

航空制造技术 2014年第22期57卷 72-77页

作者：刘本刚房志亮方柏鑫中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司

针对航空领域关键零件的加工特点,在开展高档数控系统高速高精控制、五轴机床校验和优化补偿等关键技术研发基础上,面向航空领域进行国产高档数控系统的应用验证与示范。目前,共完成了20套国产高档数控系统的安装调试,经试切合格后已全... 详细信息

针对航空领域关键零件的加工特点,在开展高档数控系统高速高精控制、五轴机床校验和优化补偿等关键技术研发基础上,面向航空领域进行国产高档数控系统的应用验证与示范。目前,共完成了20套国产高档数控系统的安装调试,经试切合格后已全部投入正式生产,成功替代了进口系统,实现了国产高档数控系统在航空领域生产应用中的重大突破。

关键词：航空制造国产数控系统五轴联动 s试件

基于西门子Trace service数控机床五轴联动精度评估模块二次开发

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制造技术与机床 2023年第6期 105-111页

作者：费亚李颖陶文坚蒋云峰周昕成都飞机工业集团有限责任公司四川成都610092

以西门子840D sl sINUMERIK Operate为系统应用框架,基于Trace service数据采集功能,开发了一种以空走s试件轨迹为对象的数控机床五轴联动精度评估模块。针对Trace service数据采集机制进行核心原理分析,通过s试件轨迹运行过程的数据需... 详细信息

以西门子840D sl sINUMERIK Operate为系统应用框架,基于Trace service数据采集功能,开发了一种以空走s试件轨迹为对象的数控机床五轴联动精度评估模块。针对Trace service数据采集机制进行核心原理分析,通过s试件轨迹运行过程的数据需求,梳理数据采集流程并设计坐标轴数据采集子模块,再将数据采集结果进行分析提取进行坐标轴向刀尖点的转换,结合图形数字化手段完成轮廓误差图形与指标展示,综合实现数控机床五轴联动精度的评估。该模块利用s试件优秀的联动精度评估性能,集成高效数据采集与轮廓评估展示,避免了传统模式下采集和评估过程的繁琐性,有效提升了评估过程的经济性与效率。

关键词： Trace service s试件联动精度评估二次开发