5-axis CNC machining now is getting popular because it can deal with complex shapes such as impeller, turbine blade and propeller without additional equipment or process, proving a set of various tool orientations. CAM software related to 5-axis machining is being developed quickly so that users can take advantage of potential capacities of 5-axis machine tools. However, only a few researches can be found in the area of control strategy development for 5-axis machining. This paper proposes a 5-axis cross-coupling control system based on a novel tool orientation error model. The proposed tool orientation error model provides accurate information on the tool orientation error in real time, which in turn enables directly controlling the tool orientation accuracy. The proposed control system also employs a contour error model to calculate the contour error and reflect it in the control as well. The accuracy of the proposed tool orientation error model is verified and the performance of the 5-axis cross-coupling control system in terms of both contouring and tool orientation accuracy is evaluated through computer simulations compared with existing 5-axis control systems.
A 5-axis CNC machine tool is more useful compared with a 3-axis machine tool, because the position and the orientation of a tool tip can be controlled simultaneously. Unlike the 3-axis machine tool, the 5-axis machine tool has the volumetric position error and volumetric orientation error due to the quasi-static error of each machine tool joint which is a major source of machined part error. So, the generalized error synthesis model of the 5-axis CNC machine tool was developed to predict and to compensate for the volumetric position error and the volumetric orientation error. It was proposed that a compensation algorithm to correct simultaneously the volumetric position error and the volumetric orientation error of the 5-axis CNC machine by error inverse kinematic.
An error analysis is very important for a precision machine tool to estimate its performance. This study proposes a new parallel device, a cubic parallel manipulator. Errors of the proposed cubic parallel manipulator include universal joint errors, errors occurring due to changes in the fore directions in the links, and actuation errors. An error analysis is performed for the manipulator platform moving at uniform velocity. The analysis shows how the position and orientation of the platform influences the directional link forces that change the errors in the manipulator. The analysis shows that the method can be used in predicting the accuracy of parallel devices.
In any rapid prototyping process, the layer by layer building process introduces an area error between the staircase and the surface line specified by the computer-aided design model. This affects the dimensional accuracy as well as the surface finish for different part build orientations. This paper describes a methodology for computing the area error for any orientation of the part built by the fused deposition modelling system. This technique can be applied to determine the best build orientation of the part, based on the minimum area error. This technique is verified by comparing the results with the experimental measurements of the area error of the parts built at different orientations.
We consider the estimation of the position and orientation of 6 DOF motion bed (Stewart platform) from the measured cylinder length. The solution of forward kinematics is not solved yet as a useful realtime application tool because of the complity of the equation with multiple solutiple solutions. Hence we suggest an algorithm for the estimation of forward kinematics solution using Luenberger observer withnonlinear error correction term. The Luenberger observer withlinear model shows that the estimation error does not go to zero in steadystate due to the linearization error of the dynamic model. Hence the linear observer is modified using nonlinear measurement error equation and we prove thd practical stability of the estimation error dynamics of the proposed observer using lyapunov function.
In general there are many degrees of freedom(DOFs) in industrial robots. So they have many poses of several special end-effectors positions and orientations. For that reason, industrial robots are used in a wide scope of industrial applica-tions such as welding, spray painting, deburring, and so on. In this research, an off-line continuous path planning method based on linear interpolation with parabolic blend is developed. The method safely maintains the constant orientation for base frame and end-effectors path within allowable error and minimizes the number of segments in path. This algorithm may apply to welding and painting in which the orientation is particularly significant. The simulation study of cartesian curve is carried out to show the performance of this algorithm.
Park, Woo-Chun;Song, Jae-Bok;Daehie Hong;Shim, Jae-Kyung;Lim, Seung-Reung;Kyungwoo Kang;Park, Sungchul
Journal of Mechanical Science and Technology
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제16권6호
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pp.799-809
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2002
In order to utilize a parallel mechanism as a machine tool component, it is important to estimate the errors of its end-effector due to the uncertainties in parts. This study proposes an error analysis for a new parallel device, a cubic parallel mechanism. For the parallel device, we consider two kinds of errors. One is a static error due to link stiffness and the other is a dynamic error due to clearances in the parts. In this study, we propose a stiffness model for the cubic parallel mechanism under the assumption that the link stiffness is a linear function of the link length. Also, from the fact that the errors of u-joints and spherical joints are changed with the direction of force acting on the link, they are regarded as a part of link errors, and then the error model is derived using forward kinematics. Lastly, both the error models are integrated into the total error, which is analyzed with a test example that the platform moves along a circular path. This analysis can be used in predicting the accuracy of other parallel devices.
In this paper, a novel 5-axis hybrid-kinematic machine tool is introduced and the research results on accuracy improvement of the prototype machine tool are presented. The 5-axis hybrid machine tool is made up of a 3-DOF parallel manipulator and a 2-DOF serial one connected in series. The machine tool maintains high ratio of stiffness to mass due to the parallel structure and high orientation capability due to the serial-type wrist. In order to acquire high accuracy, the methodology of measuring the output shafts by additional sensors instead of using encoder outputs at the motor shafts is proposed. In the kinematic view point, the hybrid manipulator reduces to a serial one, if the passive joints in the U-P serial chain at the center of the parallel manipulator are directly measured by additional sensors. Using the method of successive screw displacements, the kinematic error model is derived. Since a ball-bar is less expensive than a full position measurement device and sufficiently accurate for calibration, the kinematic calibration method of using a ball-bar is presented. The effectiveness of the calibration method has been verified through the simulations. Finally, the calibration experiment shows that the position accuracy of the prototype machine tool has been improved from 153 to $86{\mu}m$.
A flexible disk grinding system process has been introduced that utilized varying disk orientation with respect to workpiece along with the applied feed speed. Various process conditions including cutting speed, maximum feed speed and orientation angles could applied to observe process outcomes. Even though continuous and constant feed speed has been applied to the process, the results from the trapezoidal input velocity profiles would be observed and compared. Based on the control strategies including neural network methodologies, several output results were compared to find the optimum process condition. Two axis control results were displayed showing better performance with higher trajectory error for larger training epoch.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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