数控机床电主轴热敏感特性分析及试验研究

建立了数控机床电主轴的热动力学模型,基于热动力学理论对电主轴系统的热源分布及温度场的传热特性进行分析.采用互相关和互信息量算法研究了数控机床电主轴系统的热敏感特性,分析了温度场对热变形的影响规律及耦合特性,结果表明电主轴系统存在热敏感区域并具有热漂移特性.通过在热敏感区域内筛选温度敏感点从而建立热误差预测模型,实现了对电主轴轴向和径向热变形建模和预测.以YK73200数控齿轮磨床为试验平台开展了电主轴系统的热敏感特性试验.通过对磨床电主轴系统热变形预测值与实测值进行分析和对比,验证了电主轴系统热敏感区域温度与相应热漂移之间的内在关系模型,试验结果为开展精密数控机床热误差补偿技术研究提供理论指导和实验基础.     

机床柔性主轴转子低速无试重动平衡方法研究

为解决机床柔性主轴转子动平衡过程中需要在高速下试重的问题,提出一种柔性主轴转子低速无试重动平衡方法。在构建机床主轴动力学模型的基础上,根据刚体力学理论,通过对不平衡量与振动响应之间映射关系的提取,实现了工作转速下采集一次振动数据即可完成不平衡量的无试重识别;为了在非真实失衡面对呈现柔性特征的主轴转子失衡振动进行有效抑制,分析了柔性状态下的不平衡主轴模态振动行为,并基于此提出了不平衡量校正位置迁移方法。在高速柔性电主轴动平衡平台上进行了仿真与实验分析,实验在7 200r/min时进行,结果表明:基于一阶临界转速下所采集的振动数据,可得到迁移至两侧配重平面的等效不平衡量,对该不平衡量予以校正之后,一阶临界转速下主轴振动幅值下降了74.7%,且临界转速前后的振动降幅也较为明显,有效抑制了高速振型不平衡。     

纳秒激光制备钛表面纹理结构及其润湿性研究

激光加工技术可在材料表面形成多种纹理结构,为了研究激光加工所得不同纹理结构对材料润湿性的影响,通过纳秒激光加工技术在金属钛表面分别加工直线、网格和点阵的表面纹理结构。采用扫描电子显微镜、接触角测量仪、粗糙度分析仪和X射线光电子能谱分别对激光加工后的钛表面进行表面形貌、接触角、粗糙度与化学成分的表征与分析。结果表明:初经激光纹理加工后试样表面的粗糙度较激光加工前均显著提高,但此时3种纹理结构试样表面接触角均小于90°;随着时间的推移,被加工材料表面化学成分的改变带来了材料表面自由能的变化,进而使被加工表面接触角总体呈现上升趋势;待试样表面化学成分稳定后接触角也基本保持不变,并且对于每种纹理结构而言,其接触角随粗糙度的增加而升高。直线、网格和点阵纹理结构试样表面接触角最终可达157.2°,153.1°和134.6°,从而实现了钛表面润湿性由亲水性向疏水性的转变。     

加筋土挡墙内部稳定性分析方法的对比分析

探讨了加筋土挡墙设计中不同种内部稳定性分析方法在反映加筋体内部力学机制以及预测筋材拉力上的特点。基于一般加筋土挡工作原理,通过比较国内外现行设计规范中所使用的内部稳定性分析方法如整体重力法、锚固楔体法、FHWA结构刚度法和AASHTO简化法等在适用对象以及加筋土内部滑裂面选取、侧向土压力计算等基本假定和力学依据上的差异,指出各自的设计计算要点和适用类型,为加筋土挡墙工程应用,特别是内部稳定性评价提供借鉴。     

基于粒子群算法与BP网络的机床主轴热误差建模

为了避免基于反向传播(BP)神经网络的主轴热误差模型精度低、通用性不强和收敛性较差等缺点,利用模糊聚类理论与相关分析法对温度变量进行优化,并且选取热敏感点以挖掘温度变量与热误差间的相关性,降低温度变量间的耦合性.利用粒子群优化算法(PSO)将预测输出与期望输出间误差平方和的倒数作为个体适应度函数,将个体头部分与身体部分的表现码分别映射为网络的隐含层节点数、权值和阈值,实现了对BP网络的拓扑结构的有效优化,通过跟踪个体极值和全局极值实现了粒子群个体速度与位置的更新.分别建立了基于BP和PSO-BP网络的热误差模型,以精密坐标镗床主轴为研究对象,采用五点法对高速主轴热误差进行测量.结果表明,PSO-BP模型可实现不同工况下主轴空间位姿状态的高精度预测,验证了测量及建模方法的有效性.     

新型磁悬浮精密定位平台的研究

针对磁悬浮精密定位平台的运动稳定性问题，设计了一种新型六自由度磁悬浮精密定位平台，该平台采用12个空心电磁线圈做定子、36块永磁体做动子，悬浮部分与驱动部分相互独立，从而很好地解决了由电磁线圈铁心引起的非线性以及悬浮与驱动单元之间的相互耦合问题．采用罗仑兹定律，分析了永磁体长度、线圈电流和悬浮位移对悬浮稳定性的影响，确定了平台的悬浮平衡位置，建立了平台在平衡位置附近的悬浮数学模型，并进行了动态响应仿真研究．研究结果表明，该磁悬浮精密定位平台在悬浮电流为2A、悬浮高度为0．5mm时可以稳定悬浮，因此可应用于需要超精密定位和超洁净环境的半导体光刻装置中。     

套管螺纹接头连接性能的接触有限元分析

根据套管螺纹接头的结构和受载特点,基于接触问题的有限元混合法和面向对象的程序设计思想,建立了套管接头螺纹旋合接触的有限元分析模型,编制了相应的有限元分析程序,并以此对3种载荷条件下载荷在各螺牙上的分布进行了分析研究,结果表明,载荷分布的不均匀性对套管螺纹接头的连接性能有重要影响,从而为套管接头螺纹的合理设计提供了基础     

一种四轴联动机床转台运动误差的快速检测及分离方法

提出了一种利用球杆仪对四轴联动机床转台误差检测及分离的快捷方法.该方法分为轴向测试和锥形测试,当轴向测试时,在转台旋转的同时,机床直线轴作同轴、同步的圆运动,称为双环测试.该测试能分离出转台的滚转误差、偏摆误差等2项转角误差,以及1项沿直线轴的线性误差.通过锥形测试,能分离出另外2项沿直线轴的线性误差,结合球杆仪的倒锥...     

一种基于Radon变换的精密工作台微位移和转动测量方法

针对精密工作台微位移和转动测量问题,提出一种基于平面正交光栅图像Radon变换的精密工作台位移测量方法.构建了由平面正交光栅和显微摄像系统组成的测量实验台,在不同实验条件下识别了平面正交光栅的栅线间距和角度,进行了工作台运动测量实验.实验结果证明,Radon变换对噪声不敏感,能很容易地识别出不同条件下平面正交光栅的倾角和位置,可精确地测量工作台位移,测量误差小于1μm通过对现有系统测量分辨率的分析,提出了取消相机镜头和适配镜、以CCD感光面直接接收放大的光栅图像来进一步提高测量系统分辨率的方案.     

旋转轴与平移轴联动误差的快速测量及溯源

为了对多轴数控机床旋转轴与平移轴联动误差进行快速测量与溯源,提出了一种基于数控机床内置的光栅尺、编码器等无传感器信息的评估方法.该方法通过对数控系统的二次开发,可获取配置不同数控系统的多轴机床的无传感器信息,依据旋转轴与平移轴的联动特性,构造了具有一些球杆仪特征的虚拟杆,且规划了虚拟杆切向测试路径,并采用单旋转轴与两平移轴联动方式,进行圆度误差测试,实现了多轴数控机床旋转轴与平移轴联动误差的动态快速测量.此外,基于虚拟杆的工作原理,分别建立了联动误差关联及解耦模型,并提出了利用空间圆周图谱和小波频谱技术进行联动误差快速溯源的策略.试验结果表明,所提出的旋转轴与平移轴联动误差测试与溯源方法实用、有效,为多轴数控机床旋转轴与平移轴联动误差补偿奠定了基础.