面向五轴数控机床的激光高精度多参数快速综合测量仪研制与应用

"装备制造业是一个国家的脊梁".五轴数控机床作为高端装备的代表,是加工复杂空间曲面工件的仅有手段,成为衡量国家装备制造水平的重要标志.加工精度是反映数控机床性能和水平的关键指标,误差补偿是提高数控机床精度的主要途径,而如何快速准确测量获得各种误差是误差补偿的前提和关键.面向高档数控机床与基础制造装备的国家重大需求,北京交通大学冯其波教授带领研究团队在国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金科学仪器基础研究专款项目、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目的连续资助下,经过20余年的不断研究、探索与积累,提出单根光纤耦合的外差干涉测长、数控机床直线轴/转轴6自由度误差同时测量、三直线轴21项几何运动误差一步高效直接测量等新方法、新技术,成功研制出激光高精度多参数快速综合测量仪,能够直接测量获得五轴数控机床42项几何运动误差,主要技术性能指标处于国际领先水平.     

北京交通大学冯其波教授团队成功研制激光高精度多参数快速综合测量仪

面向高档数控机床与基础制造装备的国家重大需求,在国家自然科学基金重大科研仪器研制项目的支持下,北京交通大学冯其波教授带领研究团队开展了"面向五轴数控机床的激光高精度多参数快速综合测量仪研制与应用"项目研究.创新性地提出了单根光纤耦合双频激光干涉测长、单直线轴、转轴六自由度误差同时测量以及三直线轴21项误差一步高效测量等方法,自主研制了激光高精度多参数快速综合测量仪,能够直接测量获得五轴数控机床42项几何运动误差,将为数控机床设计、制造、运用、维护和管理的科学决策提供依据.研究成果对突破数控机床误差测量效率低、误差补偿难以实施、加工精度难以提高等技术瓶颈具有积极推动作用.     

北京交通大学冯其波教授团队成功研制激光高精度多参数快速综合测量仪

面向高档数控机床与基础制造装备的国家重大需求,在国家自然科学基金重大科研仪器研制项目的支持下,北京交通大学冯其波教授带领研究团队开展了"面向五轴数控机床的激光高精度多参数快速综合测量仪研制与应用"项目研究.创新性地提出了单根光纤耦合双频激光干涉测长、单直线轴、转轴六自由度误差同时测量以及三直线轴21项误差一步高效测量等方法,自主研制了激光高精度多参数快速综合测量仪,能够直接测量获得五轴数控机床42项几何运动误差,将为数控机床设计、制造、运用、维护和管理的科学决策提供依据.研究成果对突破数控机床误差测量效率低、误差补偿难以实施、加工精度难以提高等技术瓶颈具有积极推动作用.     

数控回转工作台的热误差测量与建模

作为五轴数控机床的关键零部件,数控回转工作台能够实现C轴和A轴的回转进给与定位,其精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。本文以此为研究背景,对回转工作台的几何误差和热误差进行测量,并建立了误差补偿的数学模型,为最终进行机床的误差补偿提供依据,从而实现数控加工中心加工精度的提高。     

基于激光干涉的五轴并联机床误差快速测量与补偿研究

龙门五轴机床运行精度和误差会直接反应到加工工件上。本研究通过采用renishaw激光干涉仪,快速测量误差,进行实时误差补偿.实验结果显示,五轴机床的归零处理对误差积累影响重大,双并联轴误差随着运行距离逐渐增大,在启停阶段有较严重的俯仰倾斜晃动发生.该研究主要应用于对同步运行轴,通过测量同步运行误差并进行补偿,调整两轴的伺服电机,提高平行运动的精度。     

浅谈数控机床的通用误差补偿技术

数控机床误差参数的正确辨识是数控机床补偿的必要前提条件。利用几何法和多体系统运动学理论推导出十八个误差辨识方程,并根据误差测量方程组系数矩阵必须满秩的条件,利用双激光干涉仪对三轴进行了位移量误差和不直度误差测量。有了机床运动模型和辨识后的误差参数,可以对数控机床进行误差补偿,得出刀具路线、数控指令和刀具轨迹之间的关系,对原始数控指令进行误差补偿处理,得到修正后的数控指令,即可实现对工件的精密加工.     

五轴数控机床空间定位精度改善方法研究现状

由于数控机床动态与静态误差的联合作用,五轴数控机床空间定位精度受到一定影响,进而对工件加工质量造成影响。本文基于阐述若干种基于特征描述的误差建模方法,研究相对应的分析误差灵敏度的方法特点。依据五轴数控机床构架分析主动轴、平动轴的误差识别以及检测方法,依据不同误差类型总结主流误差补偿方法特征。最后,系统分析如何改善五轴数控机床空间定位精度,研究精度改善发展方向。     

分析数控机床几何误差及其补偿方法

在加工过程中,数控机床会因外部因素和内部因素而产生加工误差,一般可归纳为两类:几何误差和热误差。随着科学的发展,数控机床的加工精度不断提高,使得数控机床的几何误差对机加工零件的整体加工质量的影响越来越大。因此,补偿数控机床加工过程中的几何误差具有重要意义。本文主要分析了数控机床几何误差的影响因素,并讨论了数控机床几何误差的补偿方法。     

数控机床误差补偿技术初探

数控机床的出现适应了新时代对制造领域提出的高智能化、高集成化、高精度化、高质量化以及高效率化的要求,使得现代机械制造朝着精密加工乃至超精密加工的方法发展,其中数控机床成为了决定制造加工水平的关键性因素。误差补偿技术是影响数控机床加工精度的重要因素,本文就数控机床的误差补偿技术进行了分析和探讨。     

甚多轴高速超精密激光干涉测量技术与仪器

甚多轴高速超精密激光干涉测量技术与仪器是高端装备制造与前沿研究领域的重大核心技术基础.一方面,作为高端装备中不可替代的核心单元,直接决定了装备能达到的极限运动精度与整体性能;另一方面,作为国家/国防溯源精度最高的长度计量测试仪器,可以准确统一全国相关量值,并支撑国际单位制量子化变革等前沿研究.以国际先进微电子装备为例,其内部通常需嵌入包含20个以上测量轴的高速超精密激光干涉测量仪器,以实时测量米/秒级高速运动台的位置,测量精度要求已达到数纳米,并将进一步突破至亚纳米量级.世界科技强国十分重视甚多轴高速超精密激光干涉测量技术与仪器的开发和应用,我国由于一直未能掌握该类技术,高端装备制造等领域的相关技术研究长期受制于人.     

一种五轴联动数控刀具半径补偿方法

针对五轴数控机床的刀具半径补偿不易实现等问题,基于后置处理提出了一种五轴刀具半径补偿方法。建立了刀具半径补偿的数学模型,得到了刀具补偿方向矢量和补偿后刀位点坐标,同时给出了后置处理的实现方法。以摆头转台类五轴数控机床为例,阐述了刀具半径补偿的实现方法,分别建立了前置刀位数据、补偿后刀位数据与机床各平动轴运动数据之间的关系。最后,基于VC++设计了一种具有刀具半径补偿功能的后置处理软件,并进行了仿真研究,仿真结果验证了所述刀具半径补偿方法的有效性。同时,以叶轮加工为例,进行了实验验证,在加工过程中不会出现干涉现象,轮廓误差可以控制在误差允许的范围内,加工效果与标准刀具十分接近,进一步验证了所述算法的可行性和实用性。     

数控加工中心误差补偿技术研究

当前制造化领域,产品的个性化需求越来越高,柔性生产成为当前制造行业的主要生产模式,数控机床成为当前生产行业必不可少的生产设备,提高数控机床的精度成为数控技术发展的关键。基于数控加工中心对于数控机床的误差补偿技术进行了一定的研究,在深入分析的基础上建立了数控机床误差模型,并根据该模型设计了误差补偿计算和操作软件。     

经济型数控机床加工中误差来源分析及其对策

经济型数控机床是由普通机床数控改造而成，主要目的就是提高机床的加工精度，在我国使用非常普遍。但是由于受到多方面的影响，其加工精度长期以来也成为困扰其应用的主要问题。本文以经济型数控车床CAK6150P为例，对国产经济型数控机床影响加工精度的误差进行分析，针对走行误差、工件定位误差、对刀误差提出提高的途径及补偿方法。另外，根据日常使用经验，针对控制系统误差进行分析，有利于制造商改进控制系统，提高控制系统精度。通过研究这些问题，可提高经济型数控机床的制造、使用和维护的水平。     

齿轮在线测量技术探讨

齿轮的拥有有着悠久的历史,由于在进行制造与安装过程中,实际齿轮总是存在着一些误差,而这些误差将直接影响到传动系统的精度与动态特征,所以表征、测量、分析、利用并控制齿轮误差是人们一直在探索的技术,其中齿轮在线测量主要是依据齿轮精度理论,检测制造生产线上加工的齿轮几何参数、精度参数指标以及表面粗糙度等项目。本文作者主要对齿轮在线测量技术进行深入探讨,介绍了针对不同测量目的采用的不同检测技术与设备以及依据的测量原理。     

智能技术与电主轴控制技术的有机结合——《智能化电主轴技术》简介

装备制造业是国民经济的脊梁,而数控机床是现代装备制造业的工作母机,是实现制造技术和装备现代化的基石.智能化数控机床对提高机械加工精度、效率以及优化生产过程具有重要作用.电主轴系统是数控机床的关键功能部件,智能化数控机床需配备智能化电主轴系统.智能化电主轴应该具有的特征包括:能够自动检测和优化自身的运行状况、可以评价自身输出的质量、具备自学习与提高的能力.智能化电主轴涉及的关键技术有自动辨识电机参数、抑制振动、减少热变形、防止干涉、自动调节润滑油量、减少噪声等.将智能技术与电主轴控制技术有机结合,可使数控装备在智能制造中呈现高质、柔性、高效及绿色特征,有效提高现有数控机床的加工精度和效率.     

基于切削实验的五轴机床转台偏摆角误差的检测方法

本文提出五轴机床转台偏摆角误差的一种检测方法。为真实地反映机床加工时转台摆动轴的运动误差,采用切削实验的方法,结合误差敏感方向矢量的概念,对五轴机床转台偏摆角运动误差予以分离。采用米克朗立式加工中心作为实验验证对象,对试验切工件进行采样测量与拟合,得到工件在敏感方向上的加工误差,并建立起工件加工误差和转台摆动轴运动误差之间的对应关系,从而推导出转台摆动轴的偏摆角误差。     

蓄势扬帆科研路 创新不息铸辉煌

王立平1967年7月生,博士,清华大学精仪系教授,博士生导师。主要学术研究方向集中在先进制造装备及其控制、并联机器人机构学理论及其控制等方面,作为项目负责人主持国家自然基金项目2项、国家863项目5项、国家科技攻关项目1项、国家科技支撑计划项目1项、其它课题10余项,共发表学术论文100余篇,其中SCI/EI收录35篇、ISTP收录13篇,获著作权及发明专利6项,黑龙江省优秀新产品一等奖1项,清华大学学术新人奖1项,中国国际工业博览会金奖1项,北京市科学技术三等奖1项,清华大学教书育人奖1项。现兼中国机械工程学会高级会员、国家发改委高档数控机床与基础制造装备重大专项专家组成员、中国机械工业科学技术奖专业组评审委员等。     

我国开合式大型热处理设备世界首屈一指

由中国一重承担的国家“高档数控机床与基础制造装备”重大专项课题《开合式大型热处理设备》近期通过了由中国机械工业联合会组织的专家鉴定。专家组认为,开合式大型热处理设备是解决国家重大能源装备关键大型锻件国产化的基础装备,为世界首创,属原始创新,拥有自主知识产权。     

谈数控机床数控系统的使用

数控机床在加工时,从加工程序的计算到控制机床进行加工都是由数控系统自动控制的,因而避免了人为误差。但是由于操作者无法介入,也就不能对一些误差进行人为的补偿,因此对数控机床本身提出了更高的精度要求。     

数控机床加工精度的影响因素及对策研究

数控机床是助力中国制造和推动智能制造的重要设备,其加工精度是影响加工产品质量的关键要素。本文对影响数控加工精度的因素进行了科学分析,在此基础上给出了提高加工精度的对策建议。