镗铣加工中心主轴系统热误差测量实验研究

目的通过对TX1600G复合式镗铣加工中心主轴部件热误差测量实验研究,找到主轴热关键点位置,检测其温升情况以及其热变形,进而确定产生热误差的主要影响区域.方法设计温度与热误差测量实验方案,采用红外热像仪布置和优化温度测点,并采集温度数据,对比各位置测点的温升情况确定热关键点;采用API主轴分析仪测量X、Y、Z三个方向的热变形值,对比数据进而确定热变形最大的方向.结果主轴在转速3 000 r/min下,当实验达到热平衡时,Z向热伸长最大;主轴中部的前后端轴承位置的温升较大,为热关键点,且Z向热变形曲线与温升曲线的趋势基本相同.结论加工中心主轴在实际运行中的误差主要是由温升引起的轴向热伸长误差,控制Z向伸长热变形能有效地提高加工精度.     

100MD60Y4高速电主轴热特性影响因素实验

目的研究油气润滑系统及转速各参数对高速电主轴温度与热变形的影响,为提高数控机床加工精度提供理论依据.方法采用单一因素实验法,基于恒温水冷控制系统和油气润滑系统实验平台进行电主轴热变形实验;实验分析进气压力、供油时间间隔、单次供油量及转速四个参数对电主轴各位置温度及轴头位置热变形的影响.结果适当的进气压力及润滑油量可以使主轴各部分温升与轴头位置热变形量相对较小,转速对于电主轴的温升及热变形影响较为显著,且转轴Z方向(轴向)热变形量最大,转速为16 000 r/min时,变形量可达到83.562μm.结论电主轴油气润滑系统中的进气压力、供油时间间隔、单次供油量以及转速对电主轴各位置温度及转轴X、Y、Z三个方向热变形量均有影响.     

基于模糊神经网络的铣床热误差预测模型研究

当前,铣床主轴加工产品容易受到热误差的影响,造成产品精度下降。对此,采用模糊神经网络模型预测铣床主轴热误差,并对预测结果进行比较和分析。建立神经网络径向基函数的表达式,给出了模糊推理系统和控制规则,创建了模糊RBF神经网络预测模型,对铣床主轴进行热误差验证。结果显示:铣床主轴采用RBF神经网络模型预测误差较大,其Y轴和Z轴输出最大误差分别为5.9μm和7.1μm;铣床主轴采用模糊RBF神经网络模型预测误差较小,其Y轴和Z轴输出最大误差分别为3.5μm和2.9μm。同时,模糊RBF神经网络模型预测误差跳动幅度较小。采用模糊RBF神经网络预测模型,可以补偿铣床运行时产生的热误差,提高铣床主轴加工精度。     

G型结构立式镗铣机床位置刚度数值模拟与试验

研究G型结构立式镗铣机床工作空间位置刚度随工作空间体积变化规律.根据联接单元特征,将主轴轴承、线性导轨及丝杠等动联接采用弹簧等效;建立整机静刚度预测实体模型;结合有限元方法数值模拟工作台、主轴及整机X、Y、Z误差敏感方向工作空间的位置刚度分布,以离散点试验验证研究立式镗铣机床X、Y、Z三向的静刚度.结果表明:机床离散点试验获得的静刚度数据与数值计算结果最大误差为8.7%,主轴三向静刚度随Z轴行程增加而非线性减小,工作台X、Y轴中间位置三向静刚度最大,呈抛物状向外递减,机床整机静刚度同工作台静刚度呈相似分布规律.数值模拟数据为G型精密机床结构设计及位置误差补偿提供了理论基础.     

环境温度对数控机床直线运动轴位置偏差的影响

机床使用时环境温度的变化,造成补偿后的定位精度变差."固定-支撑"的丝杠安装方式下热误差呈线性规律,据此建立了半闭环直线运动轴位置偏差随环境温度变化的预测模型.测试了半闭环控制运动轴在最高、最低两种环境温度下的位置偏差,拟合得到热误差随环境温度变化的规律.利用位置偏差预测结果,对螺距误差进一步补偿.结果表明:对于半闭环控制的滚珠丝杠进给系统,当环境温升8,℃时,位置偏差最大值由8mm增大到72mm,补偿后降为9.9mm,降低了96.87%,;对于全闭环控制的滚珠丝杠进给系统,当环境温升8℃时,位置偏差由2.5mm增大到17.7mm.根据本文所建立的模型进行补偿,可以提高定位精度的热稳定性,并且当环境温升大于6℃时,利用温度补偿的半闭环控制下定位精度大于全闭环控制下的定位精度.     

高速磨床电主轴热刚度耦合模型的分析与优化

提出了基于Timoshenko梁理论的主轴刚度与热的耦合模型,基于有限元方法,通过研究电主轴主要结构参数与润滑方式对主轴刚度和前轴承温升的影响,模拟了主轴的刚度与热性能,给出了高速电主轴系统优化方案.研究结果表明,选用油气润滑方式,当滚珠直径为10.25mm、主轴直径为100mm时,优化后前轴承的温升从优化前的26.2℃降低至22.0℃,相应地,主轴刚度从195N/μm增加至220N/μm.     

零件加工误差与机床几何误差映射关系建模

针对机床几何误差与零件误差映射关系建模方法并未考虑刀具在加工过程中各个点位的位置偏差与姿态偏差的问题,以三轴机床为研究对象,首先利用多体系统运动学理论,建立机床刀尖点误差与刀轴矢量误差模型。然后利用单基站激光跟踪仪多次测量的方法,结合误差分离算法,辨识得到了机床的21项几何误差项,并对18项与位置有关的误差项进行拟合,构建了完整的典型三轴机床工作空间误差场。最后以凸台宽度、平面度、孔轴线位置度等典型特征,结合加工轨迹,建立起机床几何误差与尺寸误差、形状误差和位置误差的映射关系,并进行了相应的实验验证。实验结果表明:凸台宽度误差与机床刀尖点在该处的几何误差有关,11个点位的凸台宽度误差测量值与计算值相差在5μm以内;"之"字型铣削平面度误差分析要先进行刀具轨迹离散化,然后将刀具圆周离散化,计算刀具圆周含有误差的点,通过点位筛选原则,选择真正属于加工表面的点,对这些点利用最小二乘法计算平面度,平面度误差计算值与测量值相差2μm以内;孔轴线位置度误差分析要考虑钻孔过程中不同位置处刀尖点误差与刀轴姿态误差,以二者为基础构建孔轴线方程,通过代入检测平面的高度以获取相应高度处圆心偏差,孔轴线位置度误差计算值与测量值相差5μm以内。     

NL201HA数控卧式车床X轴热误差建模及补偿

该文分析了数控卧式车床热误差对机床加工精度的影响。利用红外热像仪、位移传感器和温度传感器记录热误差数据,建立热误差模型和热误差补偿系统。利用红外热图像和相关分析,对关键测温点的位置进行了优化。然后,建立了车床主轴径向(X方向)热误差的线性回归模型。实验结果表明:线性回归模型是鲁棒的,适用于机床热误差建模。利用线性回归模型开发了基于Siemens828D型数控系统及S7-300PLC(可编程逻辑控制器)的热误差补偿系统。检测结果表明:轴径向热误差由原来的10μm减少到5μm以内,精度提高50%以上。     

基于COMSOL的加工中心热结构耦合仿真分析

目的对TX1600G加工中心镗床系统进行热结构耦合仿真分析,得到镗床系统的温度变化和变形规律,并验证仿真结果的正确性.方法应用SolidWorks软件进行三维实体建模,并与COMSOL Multiphysics通过接口连接,确定热边界条件,建立仿真模型,进行热结构耦合分析,并与实验数据进行对比.结果系统达到热平衡状态时,最高温度为21.9℃,发生在主轴后轴承处,主轴前端面中心点的总位移为39.29μm,X方向位移分量为4μm,Y方向为12μm,Z方向为37.2μm.仿真得到的温度变化曲线、最高温度、位移量和位移方向与实验结果基本一致,基本反映出实验测得的情况.结论应用COMSOL对加工中心进行热结构耦合研究,得到的平衡状态温度分布和位移分布能够有效地反映实际情况,可以为加工中心的优化设计提供理论依据.     

面向LED芯片检测与分选的机器视觉定位系统的开发

LED芯片定位是进行芯片检测、划片、扩晶、固晶及判断芯片电气特性、芯片管脚是否达到要求,能否成功分选LED芯片质量的关键一环.针对这一问题,首先根据定位系统的结构原理,对LED芯片高精度定位系统进行了方案设计并构建出其硬件结构.其次分析研究了定位系统的视觉部分,并运用图像处理中的模板匹配算法,解决了LED芯片的精确识别与可靠定位.然后对定位系统的运动控制滑台部分进行设计,通过运动控制卡发脉冲操作驱动器控制直线伺服电机运动,并采用直线光栅检测技术进行位置反馈,从而实现滑台伺服系统X轴、Y轴、Z轴和θ角等方向上的精确定位.最后对定位系统的视觉软件、运动控制软件等部分进行设计,其中视觉软件采用VB6.0开发操作界面、图像处理软件Halcon10.0进行识别和定位,运动控制软件进行滑台的运动控制,从而获得LED芯片在晶圆上的精确位置.分别采用机器视觉、滑台伺服控制、光栅检测反馈和高精度图像模板匹配技术,研制出LED芯片高精度定位的自动化检测系统.实验测试结果表明,其图像定位精度误差小于1μm,滑台定位精度误差4μm,整体定位系统定位精度小于5μm,定位速度大于5粒/秒LED芯片.因此,该系统不但能够满足定位系统的科研需求,也能推广应用到生产中去,为芯片级高精度定位系统开辟了新的方法.     

预加轴力对基坑交叉工程稳定性影响

针对长春卫星广场节点范围内快速路结构工程与既有车站主体结构交叉的问题,综合现场实测和无预加轴力不对称开挖的模拟分析,对原有的基坑开挖方案进行了模拟和优化。结果表明：当采用无预加轴力不对称开挖方案时,基坑桩体水平位移呈现出朝向基坑且上大下小的变形特征,其中由于土体开挖引起荷载变化造成的最大变形量占总变形量的75％以上;采用增加200 kN 预加轴力的优化方案后,基坑桩体水平位移呈中间大两端小的变形特征,桩体的最大水平位移减小了10．84 mm,比原方案减小52．1％,与无预加轴力模拟的结果相比,西侧最大变形增大了0．31 mm,东侧最大变形减小了0．82 mm;方案优化后,两侧基坑变形趋于平衡并关于主体对称,减小了结构的剪力;桩体最大水平变形的位置下移至桩顶以下9 m 处,有效约束了桩体上部的变形。     

数控机床床身热变形临界点确定方法及应用

文章分析了机床床身热变形与光栅测量误差之间的相关性,提出了机床床身光栅安装线上单向热变形临界点概念和利用热变形临界点安装光栅的方法,研究了基于有限元分析的热变形临界点理论确定方法,用于确定床身单向热变形临界点位置,进而建立高精度的光栅测量系统误差补偿模型;为了验证该模型的有效性,搭建了实验装置进行机床热变形临界点的实测实验。实验结果分析表明,利用该确定方法确定的热变形临界点位置与实验确定的位置相差2.5mm,对光栅零位误差预测值影响仅0.1μm,对光栅示值误差预测值影响仅0.2μm。因此该确定方法可以确定实际机床的床身热变形临界点,并为后续不同结构的数控机床床身单向热变形临界点的确定、床身热变形误差附加影响的消除提供了一定的参考。     

多线阵相机系统位姿高精度校准方法

针对多线阵相机组合成像时相互位姿校准要求,设计了由黑白条纹区域、等腰三角形区域及细实线区域组成的专用校准板,基于分区域OTSU(最大类间方差法)阈值的二值化处理的垂直投影方法对线阵相机静态条纹图像进行宽度计算,逐步实现单个相机的扫描线与Y轴平行度、相机光轴与检测面垂直度及多相机之间共线度进行高精度校准和调整.实验结果表明:该方法可快速实现线阵相机扫描线与Y轴平行度精度0.449°,光轴与Y轴垂直度精度0.002°,两相机扫描线共线精度1.0 mm.进一步优化校准方案后精度可达平行度0.01°,垂直度0.002°及共线精度0.080 mm,校准板图案简单,兼顾校准效率和精度要求,能够满足高精度的视觉检测和测量.     

顶管施工对高架桥桩基础影响的数值分析

顶管施工广泛应用于市政工程的隧道开挖作业,但该方法对周围构筑物的影响仍需要进一步的研究。本文针对天津市某地下电缆隧道穿越高架桥桩基的实际工程案例,利用数值模拟方法建立了关于穿越高架桥桩基的沉井和顶管施工的有限元计算模型,研究了沉井和顶管施工过程中附近土体的扰动情况以及高架桥桩基的变形、受力等情况。结果表明,沉井和顶管施工都会对周围桩基础的应力和变形产生一定影响。在外径12.8米的沉井施工时,施工引起的土体卸载会使得沉井周围土体产生较大的隆起,最大回弹量为164 mm左右,三个方向（水平X方向、Y方向和竖向Z方向）的最大变形均出现在沉井上部土体周围,该沉井施工过程对距其30米处的高架桥桩基也产生了一定影响,桩体在X方向（指向沉井方向）上受到的影响较大,桩体顶部产生背离沉井的水平位移,下部则逐渐过渡到趋近沉井的水平位移,最大X方向水平位移量约为1.6 mm,对Y方向（垂直于顶管方向）的水平位移影响较小。在外径3.6米的顶管施工过程中,土体在卸载后会出现变形,最大位移为170 mm,变形出现在位于顶管底部的扰动土体。在X方向上,四个桩基均表现为桩顶部远离沉井、桩底靠近沉井的趋势。在Y方向上,桩身的最大水平位移出现在隧道开挖深度处,位移方向为远离顶管,影响范围为顶管隧道施工处上下15 m。     

高速电主轴温度分布及其影响因素

目的分析170SD30电主轴温度场分布情况,为提高主轴加工精度提供理论依据.方法建立电主轴数学模型及1/4三维几何模型,实验验证电主轴模型的可靠性.利用COMSOL软件模拟电主轴的温度分布,研究主轴转速、径向磨削力对电主轴温升的影响.结果电主轴的最高温度出现在后轴承处,温度为47.7℃;电主轴最低温度出现在冷却水水道处,温度为16.2℃;转子到定子间的空气温度迅速递减;在冷却液流量达到0.35 m3/h时,对比电主轴后轴承外表面处温度的实验数据与模拟数据,平均温差为0.25℃,误差为1.3%.结论轴承和转子处于高温区,由于轴承发热率大,而后轴承所处位置的结构不利于散热,导致后轴承温度最高;由于定、转子间隙的传热系数低,致使转子到定子的温度急剧降低;转速对后轴承温升影响最大,而磨削力对前轴承温升影响最大.     

高效液相色谱法检测单基发射药中的二苯胺

采用不同的萃取条件对发射药进行处理,检测对二苯胺的萃取情况。考察不同试验条件下单基发射药中二苯胺的液相色谱行为,建立了二苯胺的HPLC测定方法。选用VenusilMP-C18色谱柱(250mm×4.6mm,5μm),用甲醇和水为流动相(80:20),流速为1mL/min,检测波长280nm。该方法的线性范围为(0.05—100)μg/mL,线性回归方程为:Y=708956X,相关系数r=0.9998。该方法最低检测浓度为0.05μg/mL。回收率在98%-102%之间,相对标准偏差均小于2%。说明方法简单,操作简便,结果准确可靠,可用于单基发射药中二苯胺的含量测定和控制。     

n-SG(X,Y,Z)-模

若X,Y,Z是R-Mod的加法满子范畴,通过引入n-SG(X,Y,Z)-模,研究m-SG(X,Y,Z)-模与n-SG(X,Y,Z)-模之间的关系(m≠n),并给出由n-SG(X,Y,Z)-模构造SG(X,Y,Z)-模的方法,得到n-SG(X,Y,Z)∩m-SG(X,Y,Z)=(n,m)-SG(X,Y,Z),其中(n,m)为n和m的最大公因子.     

大型射电望远镜高精度指向偏差检测方法

本文首先论述了影响大型射电望远镜高精度指向偏差的主要因素,然后以天马65?m射电望远镜(TM65?m)为实测对象,介绍了从天线副面开始到轨道之间,分离检测各项指向偏差的方法,包括:评估整体天线指向偏差的半功率点检测法;检测副面支撑位置变化导致指向偏差的方法;检测天线座架因温度变化导致指向偏差的方法;检测机械轴和码盘轴之间不同步导致指向偏差的方法;基于轨道不平度数据进行高精度指向建模的方法.文中给出了几种方法实测过程和结果,并对结果进行了分析和讨论.     

亚像素级细分在CCD光靶中的应用研究

由高速线阵CCD相机基于交汇原理组成的弹丸立靶坐标、射击密集度测试系统,其测试精度与弹丸图像的边缘位置密切相关,弹丸穿过大靶面的边缘区域时成像模糊,其灰度值呈连续变化状态,常用的图像边缘检测算子已经不能适应这种情况.对8 m×8 m的靶面,一个像素就会在物方最大引起±10 mm的测试误差.将Sobel边缘检测算子的粗检测定位与三次样条函数差值的细检测相结合,先用sobel算子粗检测,再构建三次样条函数,利用三次样条插值对弹丸图像边缘进行亚像素级细分.实弹射击试验结果证明,这种方法能够将系统的最大测试误差降低到±2.5 mm.     

CQ9107多用车床主轴有限元分析及优化改进

为提高CQ9107多用车床的工作性能,通过有限元软件ANSYS对主轴进行轴进行三维建模和静动态分析,证明了主轴部件结构设计的合理性,找出了机床主轴的薄弱环节,研究了主轴轴承跨距对主轴的影响,分析结果表明,频率随跨距的增加而提高;主轴系统的最大变形量随跨距的增加而减小,最佳支承间距为95mm,为日后同类主轴部件的设计制造工艺改进提供了理论基础。