曲面工件超声检测机器人误差补偿分析

针对曲面工件超声波检测过程中,超声检测机器人末端探头位姿误差对检测精度影响的问题。根据超声检测机器人自身特点,提出基于多关节摄动误差补偿原理逆向求解标定误差模型参数的方法,利用误差模型参数实现对检测中所有扫描点位姿误差的实时补偿,提高检测的精度。首先,应用Denavit-Hartenberg方法建立超声检测机器人的运动学模型;其次,分析超声检测机器人的误差原因和来源,并利用矩阵微分原理建立误差模型;最后,结合超声检测机器人测距功能和多关节摄动误差补偿原理得到位姿误差实时补偿方法。通过螺旋桨曲面工件扫描检测实验验证该位姿误差补偿方法的有效性。     

航空复杂曲面加工精度预测及影响因素分析

在综合考虑机床动静态因素的基础上,建立了各运动轴伺服运动模型和多体联动模型,给出了刀具的实际运动位置和姿态,基于包络理论求解了零件实际铣削成形点、线和层面,采用曲面造型方法构建出零件型面的综合误差。以复杂非可展曲面——"S"试件为例,进行了加工误差的预测和分析,给出了位置环、速度环等机床重要参数对工件铣削精度的影响,并通过切削试验后的数据回归分析予以验证。该平台的搭建为实现航空关键零件加工精度预测提供了技术支撑,依据计算结果可实时调整机床的动态参数,评估机床的加工状态。     

基于刀具跳动的非可展直纹面侧铣加工刀位优化方法

在非可展直纹面的侧铣加工过程中，曲面的非可展的特性会影响加工后零件的表面质量。尤其在铣削软材料工件非可展直纹面时，刀具跳动是零件表面加工误差增大的新因素。针对这一问题，课题组提出了一种基于刀具跳动的非可展直纹面侧铣加工刀位优化方法。首先构建了刀具跳动下的误差度量函数；随后通过测量法得到了刀具跳动后的实际回转轮廓半径；最后在考虑刀具跳动的情况下通过单点摆动法对初始刀位进一步优化。仿真实验结果表明：在将刀具跳动因素加入非可展直纹面的误差优化模型中后，加工平均误差减小了25%，过切率减小了18.5%。该研究方法有效提高了零件的表面质量。     

六自由度并联机构的误差分布研究

针对制造和安装误差对并联机构末端位姿精度的影响问题,以六自由度Stewart并联机构为研究对象,在建立运动学正解一阶误差模型的基础上,结合泰勒展开式推导出Stewart并联机构末端的位置和方向误差与驱动器不同长度变化之间非线性关系式;并用MATLAB软件仿真分析结构参数误差存在的条件下,工作空间中六自由度Stewart并联机构末端位姿误差的分布情况。分析结果表明：不同位姿下,位姿误差存在差异;在x轴正方向上,位姿体积误差的变化规律具有一致性,均随x轴正方向的移动而逐渐增大;[JP2]同时位置体积误差的变化幅值远大于姿态体积误差的变化幅值,并且最大位姿误差出现在可达工作空间边缘的顶部位置。研究结果为该并联机构后续进行精度综合及误差补偿提供参考依据。     

一种六自由度分离体机构运动学分析及仿真

针对风洞捕获轨迹试验六自由度分离体机构的结构和运动特点,以机器人D-H方法理论为基础,得到分离体机构的连杆坐标简图和运动学参数,建立了该分离体机构的运动学模型。采用矩阵变换得到运动学正解,并将正解得到的尾支杆处坐标系和分离体机构基坐标系的位姿关系通过变换矩阵转换成末端外挂物模型理论质心坐标系和风洞固定坐标系的位姿关系,然后利用变量分离法得到运动学逆解。最后,通过Matlab软件编写程序,所得结果与ADAMS软件运动学仿真结果进行比较,验证了理论推导的正确性。     

机床主轴的选材及热处理的有关问题

机床主轴与一般传动轴的不同之处是它直接带着工件或刀具旋转进行切削。因此,除在强度、刚度和加工精度等方面对主轴有较高的要求外,合理选用主轴材料和规定热处理的技术要求,对提高主轴零件的使用强度和耐用度有着重要关系。本文从三个方面就这个问题进行论述。     

固定电机驱动的平面关节型机器人无参数运动学标定

针对传统平面关节型机器人（简称SCARA）运动臂质量大的缺点,设计一种固定电机驱动的SCARA。为提高其 精度用无参数化标定的方法进行运动学标定,根据D-H方法,在空间坐标转换的基础上建立了该SCARA的数学模型, 得到杆件间相对位置关系;通过外部测量设备测出末端执行器的位姿,利用运动学正逆解解出实际位姿与理论位姿之间 驱动输入的差值,补偿到理论的输入中,得到补偿后的动平台位姿。通过计算机仿真表明该标定方法能极大提高末端执 行器的位置精度,证明了无参数化标定方法的有效性和可靠性。     

连续小线段局部光顺插补算法

连续小线段是目前国内机床加工最常用的刀具路径形式,针对连续小线段路径的不连续性造成的机床速度、加速度剧烈波动,笔者提出了新的局部光顺算法。首先运用有理Bezier曲线对小线段连接处进行光顺插补和光顺转接,实现了过渡光顺的G3连续;然后运用生成的新的刀具路径,考虑弓高误差和近似误差的影响,建立误差分配模型;综合考虑2种误差影响的情况,根据机床法向加速度等约束进行速度插补。仿真验证表明误差分配模型能更好地保证综合误差不超过给定精度。模型具有有效性。     

减速器箱体轴孔切削过程变形的有限元分析

箱体类零件孔加工是机械加工的普遍性问题，对保证机械系统的装配质量及机器性能有着较大的影响，由于加工过程中刀具的移动和切屑的剥落，使其成为结构不断变化情况下和力热共同作用下的变形分析问题。本文依据非线性结构有限元分析和瞬态热分析有限元理论，在大型有限元分析软件ANSYS环境下针对箱体孔加工过程变形的工程问题，以三维参数化设计加工工件的几何模型和力学模型，分析了在切削力和切削热共同作用下得到加工过程变形结果，采用单元死活技术和参数法循环加载技术模拟整个切削加工过程，得到误差敏感方向的变形及其它方向的变形和总变形及变形趋势，所得结果揭示全面准确的变形规律，该结果对加工过程质量控制具有现实得意义。     

影响数控加工质量的因素分析

随着我国制造业的快速发展,数控加工技术得到了广泛使用,如何有效提高数控加工质量和效率,发挥好数控机床的优势成为人们十分关注的问题.影响数控加工质量的因素是多方面的,既有机床、刀柄、刀具等方面的客观因素,又有数控程序编制、操作人员等主观因素.因此,要提高数控加工的质量就必须在机床、刀具、数控编程等方面采取措施,减少误差.     

基于GRN模型精密机械手末端映射关系

针对相邻关节误差对机器人末端的精度影响等问题,鉴于生物细胞自组织GRN模型的运行机理,提出基于GRN模型机械手精度的映射关系,研究机械手运动学模型和GRN模型的结构特性,分析机械手相邻关节误差的累积与GRN模型中细胞间的作用特点,求解基于GRN模型机械手相邻关节影响的误差模型,考虑在几何因素的影响下,以3R机器人为研究对象,建立求解机械手末端位姿的误差值,采用基于自适应粒子群算法优化的PID神经元模型对其进行误差优化,获取粒子群算法的进化过程和PID神经元控制器的控制曲线。仿真表明:基于GRN模型重载机械手相邻关节误差模型的有效性与合理性得到了验证,且机械手相邻关节引起的末端误差得到了有效控制。     

CTS机构几何误差分析及补偿

分析了风洞现有分离体模型6自由度机构(简称CTS机构)的几何误差,研究了误差产生的原因,包括机构总体坐标系与风洞固定坐标系不重合的零位误差、直线运动导轨与机构总体坐标系轴线不平行产生的误差,以及偏航俯仰轴线与理想设计轴线不重合引起的分离体模型位姿误差。建立了误差模型,并将分析得到的各项误差通过最小二乘法拟合得到误差函数补偿到运动学正解方程中,再通过牛顿迭代法求取补偿后的运动学逆解,实现对CTS机构的误差补偿,提高机构的运动精度。通过标定试验,对三轴联动的误差补偿效果进行验证,得出了补偿后比补偿前定位精度提高88.21%的结论,证明了补偿方法的有效性。     

内螺旋曲面数控拉刀设计及应用研究

从内螺旋曲面的空间包络原理、包络轨迹的合成等方面研究内螺旋曲面的加工原理与工艺方法,将转子作为刀具,定子作为工件,强迫其实现自转,公转以及进给运动,最终由转子刀具加工出定子内螺旋曲面,以达到设计目的。提出并论证了新的加工方法,进一步扩展了内孔加工方法。此刀具有可数字控制变径的特点,能实现内螺旋曲面的加工。这一新方法的提出为内螺旋孔的加工和相应机床的研制提供了理论基础。通过此刀具的应用,实现用相对简单的设备、较高的通用性,完成内螺旋曲面的加工,效果较好。     

基于线接触加工的曲面与竖直平面相贯处刀位轨迹研究

针对线接触加工二次曲面刀具轨迹规划的问题,结合线接触加工原理,通过各轴之间的相对运动形式、结构系数、运动参数以及坐标变换顺序,得出铣刀侧刃机构的坐标变换矩阵和位姿矩阵。以圆锥面和竖直平面相贯处为例,根据圆锥曲面和垂直平面2个特征图元的导动线数学方程,得到竖直相贯处线接触加工的刀位轨迹数学模型。通过实验,线接触竖直相贯处时生成刀位数据,刀具沿导动线进行进给运动就可以完成平面与曲面竖直相贯处的线接触加工,验证了线接触加工曲面竖直平面相贯处的刀位轨迹规划的正确性。     

验证数控机床零件程序的微机图形模拟软件—NCTEST

数据机床是一种先进的高精度自动化机床.数控加工首先要编制零件加工程序.编好的程序必须经过检查,进行必要的程序调试.这直接关系到加工零件的正确牲,同时避免发生机床和设备事故.据统计,数控编程时间与加工工时之比为30∶1.显然,利用现代计算机技术缩短零件程序检查调试时间,是提高数控机床使用率的重要一环.     

新型二自由度并联机构运动学标定方法

精度不足制约着并联机构的发展,传统的并联机构运动学标定方法可以在一定程度上提高并联机构的精度,但 其缺点在于对测量仪器的要求较高,计算量较大。针对一种新型二自由度并联机构,运用无参数化标定的方法对机构进 行运动学标定。该方法不需要进行参数辨识,只需要通过外部测量设备测出机械手末端执行器的位姿,利用运动学正反 解解出实际位姿与期望位姿之间驱动输入的差值,补偿到理论的输入中,即可得到补偿后的动平台位姿。计算机仿真结 果表明,这种方法可以有效地提高动平台定位精度,证明了无参数化标定方法的有效性和可靠性。     

半主动动力吸振镗杆系统的颤振抑制机理

深孔镗削过程中,针对影响工件加工精度和表面质量的颤振现象,建立单自由度切削颤振系统的动力学模型,利用谐波平衡法求得机床主轴转速与极限切削宽度的关系式,并绘制了机床主轴转速与极限切削宽度的稳定性图,结合半主动动力吸振镗杆刚度和阻尼系数的可控性,分析了机床结构刚度及阻尼系数大小对颤振抑制的影响。研究结果表明:机床颤振频率随着主轴转速呈分段线性变化,增大机床结构的刚度和阻尼,系统的稳定性区域在一定范围内相应的增大。为今后进行半主动动力吸振镗杆具体模型的建立和相关参数的选取提供了理论依据,具有实际意义。     

基于灰色系统的小型精密机床热误差模型

为减少热误差对数控机床加工精度的影响,文章利用灰色系统研究热误差建模。初步分析机床热源后,应用灰 色关联度分析结合模糊分类方法优化得到13组关键温度测点,结合小型精密五轴机床处于实际加工状态时的实验数 据,应用GM(I,N)灰色结构进行建模。将实际数据与拟合数据进行对比分析,结果表明此灰色系统模型具有计算方法 成熟、鲁棒性强的特点,适用于机床热误差研究。     

折叠式柔性关节设计及运动学建模

针对串联柔性连续体在实际应用时不能很好地适应作业环境所需的末端位姿的问题，课题组提出了折叠式柔性复合关节:利用三浦折痕原理设计了折叠式扭转关节；改进水弹折痕设计了折叠式摆转关节；将折叠式扭转关节与摆转关节按一定顺序串联得到折叠式柔性复合关节。用几何方法得到了各个单元和折叠式柔性复合关节的运动学模型。软件仿真结果验证了所提出的模型的正确性。课题组的设计增强了串联连续体对作业环境的适应性。     

面向成本的单机多工件调度中加工参数的选择

基于对成本构成的分析,建立了适用于多工件调度的成本运算模型,适当地处理了调度过程和加工参数选择之间的关系,然后对模型应用遗传算法,并通过Matlab编程将算法实现。计算结果可知:在选择加工参数的同时进行工件排序的调度相对于传统方式能够更好地控制总成本。