摘要：几何误差是五轴数控机床重要误差源,针对传统测量方法仪器昂贵、测量周期长问题,提出基于球杆仪的五轴数控机床几何误差快速检测方法。对于机床的平动轴误差,利用多体系统理论及齐次坐标变换法,建立平动轴空间误差模型,通过球杆仪在同一平面不同位置进行两次圆轨迹,辨识出4项平动轴关键线性误差;针对五轴机床的转台和摆动轴,设计基于球杆仪的多条空间测试轨迹,完整求解出旋转轴12项几何误差。实验结果显示,所提方法获得转角定位误差与激光干涉仪法最大误差为0.001 8°,利用检测结果进行机床空间误差补偿,测试轨迹偏差由16μm降至4μm,为补偿前的25%,验证了方法的有效性。提出的五轴机床几何误差检测方法方便、便捷,适用于工业现场。

摘要：为解决球杆仪平行簧片式结构中普遍存在的机械耦合问题,依据阿贝原则设计了一种弧形槽膜片导轨。通过控制变量法改变膜片导轨的结构参数,应用ANSYS有限元分析软件对其进行静力学特性分析,分析发现:孔对数为3对孔,孔跨距为110°及孔宽5 mm的弧形槽柔性膜片的刚度比最优。同时基于ADA2200为解调芯片设计LVDT高精度信号调理电路,结果表明,在±500μm的测量范围内,标准差估计值为±0.66μm,检测精度达到了1μm,能够满足球杆仪的工作要求。

摘要：针对现有的数控机床旋转轴误差测量与建模方法仅考虑多自由度静态几何误差或单自由度热误差单独作用的影响,未考虑几何误差和热误差耦合影响的问题,提出了一种基于球杆仪的数控机床旋转轴多自由度静/热误差同步测量与建模方法。首先基于齐次坐标变换建立球杆仪杆长变化模型,再基于该模型使用非齐次线性方程组建立静/热误差辨识模型;其次设计了适应多自由度静/热误差同步测量的球杆仪安装模式以缩短测量时间,减少热逸散对测量结果的影响;再次基于卷积长短期记忆神经网络(CNN-LSTM)建立旋转轴多自由度静/热误差预测模型;最后在数控蜗杆砂轮磨齿机的C轴上进行误差测量实验,对多种转速下的旋转轴多自由度误差进行快速辨识,并通过CNN-LSTM静/热误差预测模型对多自由度误差和球杆仪杆长变化进行预测,以验证所建模型的准确性。

摘要：针对多轴机床空间误差检测及辨识方法成本高、时间长等问题,提出一种新的基于球杆仪测试的直线轴位置相关几何误差辨识方法。分别建立各平面内轴运动误差模型,并采用多项式对误差元素预拟合,以常规的三平面圆弧轨迹测量获取误差数据,并基于最小二乘法求解拟合系数,替代直接对误差元素具体数值求解的传统方法,实现对各直线轴位置相关误差元素的辨识。通过实验验证了辨识结果的正确性和有效性,该方法对机床直线轴误差辨识、补偿具有参考价值。

摘要：以一种新型3自由度并联动力头——A3头为对象,研究基于球杆仪检测信息的运动学标定方法。通过将误差闭环方程向支链驱动与约束方向投影,建立球杆仪检测信息与支链几何误差源的线性映射模型,所建模型可有效地分离出影响动平台可补偿和不可补偿精度的几何误差源。在此基础上,提出一种具有分层递阶格式的运动学标定方法,即首先识别出初始位形的支链零点误差,其次利用球杆仪识别其他几何误差源。计算机仿真和试验结果表明,所提出的运动学标定方法是有效的。

摘要：针对球杆仪圆测试中直线轴几何误差与球杆仪安装误差共同作用造成检测结果失真的问题,提出了基于参数化建模的球杆仪安装误差与直线轴几何误差分离方法。首先,通过齐次坐标变换建立了包含球杆仪安装误差与直线轴几何误差的杆长变化模型;其次,结合直线轴几何误差的位置相关特性对其进行参数化建模;接着,通过对直线度误差缺项建模,构建了可解的杆长变化参数化模型,实现直线轴几何误差与球杆仪安装误差的分离;最后,仿真验证了分离方法的正确性,并应用于实际的圆测试中,分离了数值为4.3 mm和18.7 mm的X向和Y向安装误差,X向与Y向综合几何误差分量变化范围由30.7 mm、27.9 mm减小为13.6 mm、11.4 mm,实现了球杆仪安装误差与直线轴几何误差的有效分离。

摘要：为避免非辨识轴几何误差、伺服控制误差等干扰源对测量结果的负面影响,降低辨识模型复杂度,提出了一种基于球杆仪单轴运动测量的旋转轴几何误差辨识方法。以单轴运动模式代替传统的多轴联动测量模式,首先基于齐次坐标变换理论建立了旋转工作台在位置相关几何误差影响下的杆长变化量(ΔL)的数学模型;然后通过分析球杆仪的安装参数,基于列满秩辨识矩阵构建误差辨识模型,并据此设计了一种包含9次独立测量试验的辨识方案。该方案通过提高测量试验次数,减少了单次试验中较大测量误差可能造成的系统辨识精度损失,具有较高的方法鲁棒性。在辨识实验中,通过迭代调整的方式对刀具球进行精确安装,并排除了工件球安装误差和工作台位置无关几何误差的影响。最后,进行了ΔL的预测分析和误差补偿实验,补偿后工作台一圈内ΔL的最大绝对值由0.0103 mm减少至0.0020 mm,验证了该辨识方法的有效性。

摘要：针对利用激光跟踪仪对数控加工中心进行线性测量成本过高的问题,开发了一种三维激光干涉球杆仪。利用激光干涉法实现距离测量,设计全新测量光路,并通过伸缩杆的被动拉伸实现跟随测量。采用双球铰运动副为激光器的空间姿态调整提供保证,并搭配激光器、镜组微调等装置实现随时对光。利用ANSYS Workbench软件对装置进行建模并验证模型精度。建立机构运动学方程,利用MATLAB对运动空间进行仿真。通过实验验证激光光路,证明了该设计的可行性。

摘要：提出一种基于球杆仪的机床主轴热误差检测和识别方法,将球杆仪运动轨迹设计为X、Y轴联动构成的圆锥体,建立杆长变化值与主轴热变形量之间的空间矢量几何关系。通过求解主轴端小球的位置变化量,快速、简单地辨识分离出精度较高的主轴五项热误差元素,并在数控机床上验证了该方法的有效性。

摘要：针对五轴机床RTCP误差检测存在检测时间长、测量精度低的情况,提出用球杆仪检测RTCP误差的方法,分析可知AC双转台RTCP误差不仅有4项位置误差,而且存在4项角度误差和初始安装误差。根据机床运动链建立AC双转台RTCP误差模型,采用基于球杆仪的检测方法,并推导RTCP误差元素求解方法。通过误差补偿试验验证了误差模型和误差求解方法的准确性和有效性。