数控机床进给系统装配误差建模及特征分析

摘要：
通过建立几何模型,分析了数控机床进给系统运动过程中由装配引起的误差特征,提出了表示其误差特征的综合表达式,将装配误差分为周期性分量和累积性分量.通过仿真分析,研究了装配误差在数控机床内置传感器中的信号特征,以及对进给系统运动精度的影响规律.结果表明：装配误差的周期性分量不影响进给系统的定位精度,但会导致进给系统在运动过程中产生周期性波动,且在频率调制的条件下其周期性波动幅值将增加;装配误差的累积性分量影响进给系统的定位精度,当与运动方向发生交叉时将产生累积方向的变化.同时,对某数控机床内置传感器的信号特征进行分析,并基于分析结果进行装配调整,从而降低了由装配引起的运动误差,提高了被测数控机床进给系统的精度.
     

放卷张力系统H_∞鲁棒控制器的设计

针对印刷机放卷系统对张力控制稳定性的要求,利用线性矩阵不等式(LMI)方法对放卷张力系统H∞鲁棒控制进行了分析研究和仿真验证.根据放卷系统的工作机理,建立了放卷张力系统的非线性数学模型,通过对系统不确定时变参数的分析,进一步对系统进行了线性化改造.在建立的放卷张力系统模型基础上,利用LMI方法进行了H∞鲁棒控制器的设计,并对控制器的抗干扰性能进行了仿真验证.仿真结果表明,利用LMI方法可以较容易地实现放卷张力系统的鲁棒控制.由于LMI控制器的设计具有不需要权函数和自动优化控制器参数,以及通过极点配置能够满足性能要求等特点,因此在参数时变和外部扰动情况下,可以保证放卷张力系统的渐进稳定性,并且可使系统性能得到优化.     

高速球轴承微接触弹流摩擦及生热分析

针对高速工况下整体法对于电主轴中高速球轴承中球-滚道间差动滑动摩擦生热量计算不准确、传统的局部法需要依赖大量成本较高的拖动力实验才能计算差动滑动摩擦生热的问题,提出了一种根据弹流润滑及微接触理论计算高速球轴承差动滑动生热量的模型。该模型根据弹流润滑微接触理论计算球-滚道接触区域中的摩擦切应力,在此基础上计算了球轴承内部的差动滑动摩擦生热及总生热量。通过对比验证发现,对于额定转速为14 000r/min的7008AC球轴承,当转速在5 000~20 000r/min工况范围内时,使用该模型的计算结果与基于拖动力实验的生热计算结果之间误差小于5%,当转速在20 000~40 000r/min工况范围内时小于23%,证明提出的方法能够在获得接触区域参数的条件下,不依赖于拖动力实验得到较为准确的生热量计算结果,增加了局部法生热计算的实用性。通过分析沟渠率半径等参数对球轴承生热的影响,指出应在考虑其他影响与设计要求的情况下,尽可能选用较大的内圈沟曲率半径系数及较小的外圈沟曲率半径系数。     

线接触非稳态部分弹流润滑议程的完全数值分析

利用一种快速求解弹流议程的完全数值方法，求解了包含挤压项的非稳态部分弹流的Ｐａｔｉｒａｎｄｃｈｅｎｇ的平均流动模型以及吴承伟和郑林庆的接触因子模型，深入地研究挤挤压条件下油膜形状，压力分布动态变化特征，对于上述两种模型数值解的差异也在较宽的参数范围内给予了讨论，为更加直观，简单的部分弹流问题的接触因子模型的工程应用提供了理论依据。     

激光打孔孔壁重铸层的电解去除工艺研究

针对激光加工微小孔存在重铸层和微裂纹的问题,利用电解后处理进行去除。研制了激光-电解复合加工实验系统,并在GH4169镍基高温合金上进行了电解去除激光打孔孔壁重铸层的工艺研究,主要分析了电解电流、NaNO3溶液浓度和脉冲电解参数对电解速率和重铸层去除效果的影响。实验结果表明:当电流密度大于13.8A/cm2时,电解速率与电流成正比例关系;恒流电解时,NaNO3溶液浓度对电解速率无影响,故可根据电流和电压确定其浓度;脉冲电解加工中低频宽脉冲、高频窄脉冲有利于电解速率的提高,且频率为1kHz,占空比为40%～60%的电解速率最大,这是由于脉冲电解加工中产生氢气压力波,对加工间隙的电解液起到了良好的搅拌作用,提高了电流效率,电解速率随之增大。通过合适的电解加工参数,实现了激光制孔孔壁重铸层的完全去除。     

表面粗糙度对内燃机配气凸轮－挺杆副弹流润滑的影响

考虑到表面粗糙度和配气机构动载荷的影响，利用Ｐａｔｉｒ和Ｃｈｅｎｇ的平均流动模型描述凸轮。挺杆副表面润滑过程，研究了不同的表面粗糙度等本数对凸轮－挺杆副润滑状态的影响，详细分析了凸轮－挺杆副表面微凸体接触压力的变化过程，从而揭示了粗糙度对凸轮－挺杆副表面润滑状态的影响。     

螺距误差对套管螺纹载荷传递特性的影响

根据套管螺纹接头的结构和受载特点,在先期建立的套管接头螺纹旋合接触的有限元分析模型和分析程序的基础上,研究了因加工误差而造成套管接头内、外螺纹螺距不一致时对其载荷传递特性的影响;给出了在内、外螺纹个有不同的螺距配合时,载荷在套管接头各扣螺纹上的分布规律曲线,为设计时合理选择套管接头内、外螺纹的螺距公差提供了依据。     

速度对凹陷表面微弹流润滑特征的影响

研究了在稳态速度以及不同的滚滑率等工况下,表面凹坑通过润滑接触区时的微弹流润滑特征。根据对油膜压力、油膜形式以及中心位置膜厚的分析发现,在非稳态速度条件下,凹坑通过弹流接触区引起的微弹流特征与稳态速度工况的区别明显,这一区别来源于凹坑的干扰与速度非稳态干扰的组成与叠加,另外发现,不论何种滚滑率、何种速度,其微弹流基本特征均保持一致,但速度的大小影响干扰凹陷以及几何凹坑在接触区中的深度。     

磁悬浮系统的电流控制方法

为了提高磁悬浮系统的响应速度与响应精度,综合时间最优控制、变结构控制及系统辨识理论,设计了三步电流控制法,即采用时间最优控制来获得电流最快速响应.根据跟踪误差,采用变结构控制来精确地跟踪理想电流,最后在线辨识得到线圈参数并计算出维持理想电流的最终控制电压.同时,推导了电流响应速度与控制系统硬件的约束关系.磁悬浮小球电流跟踪、阶跃响应以及幅频特性的实验表明,该算法能使系统在最短时间内精确地响应输入电流,不仅增加了系统带宽,改善了系统性能,而且还可以应用到其他电流控制场合.     

一种任意比率电子齿轮分频器的实现方法

针对滚齿机数控系统电子齿轮箱的设计要求,提出了一种根据现场可编程门阵列和Bresenham算法的任意比率电子齿轮分频器的实现方法。该方法的实现原理是将计算机图形学上描绘由两点所决定的直线的算法应用到电子齿轮的脉冲频率分频上,采用硬件描述语言来实现电子齿轮分频。该方法对Bresenham算法进行了改进,将累计误差值和溢出斜率修改为整数,使算法只涉及整数的加减运算,因此更快捷、更可靠。软件仿真和实验结果表明,所提出的电子齿轮分频方法可使分频过程更为简便,不仅减少了硬件资源耗费,而且算法具有较强的实用性。