数控机床进给系统热源发热率辨识与热误差预测

数控机床进给系统具有热源多且各热源发热率时变性强的特点.但以往研究对各热源发热率的时变性关注较小,因此很难实现丝杠温升和热误差的精确预测.本文将Monte Carlo(MC)模拟集成FEM方法捕获到进给系统各热源的发热率,进而确定了各热源发热率占系统总发热率的比例——分配比随系统运行时间的变化规律.然后,基于进给系统各热源的发热率分配比,提出利用进给系统伺服电机的力矩电流计算各热源发热率的方法.最后,基于一维热传导方程的有限差分法,提出了丝杠温升和热误差的数值预测模型,并利用试验验证了模型预测的精确性.     

数控机床进给系统热误差自适应解析模型

提出了基于丝杠热源表面检测温度的滚珠丝杠热误差预测解析模型.首先,基于变量分离法推导出丝杠轴一维热传导方程的解析解.然后,将两个轴承视为固定热源,将螺母简化为连续分布的多个可移动热源,给出了各热源激励起丝杠温度分布的解析表达式,进而依据叠加原理得出了多热源作用下丝杠轴温度的预测方程.依据各热源表面测点和中心温度的有限元计算结果,确定了其温度差随进给速度和时间变化函数曲线的拟合参数,进而提出了丝杠热误差预测的解析模型.最后通过试验验证了预测模型的有效性.     

数控机床进给系统的仿真

根据机械动力学原理建立了数控机床进给传动系统的数学模型,利用MATLAB软件中的动态仿真工具Simulink构建了机床进给系统的仿真模型,获得了反映系统性能的仿真曲线.利用仿真模型分析了非线性摩擦因素对系统精确的影响,并给出了提高传动系统性能的措施.为机械传动系统的设计和性能的改进提供了理论依据.     

数控钻床自动进给系统设计

本文叙述了对数控钻床开环进给系统的传动设计及其驱动系统硬件电路与主要传动部件滚珠丝杠的设计计算过程。为实现在同一面上加工随机分布的各种孔,设计内容包括自动进给系统的总体结构设计、自动控制系统设计与零部件的设计、验算与选择,并应用单片机对数控系统进行驱动控制设计,实现了两个步进电机的选择控制。文中从机床进给系统的设计角度,初步完成了数控钻床进给系统的设计过程。今后将对该控制系统在精确控制的性能问题上进行完善性的工作,以便有效地完善数控钻床在高速和高精度条件下的微细孔机械加工能力。     

滚珠丝杠进给系统轴向动态特性参数识别

针对滚珠丝杠进给系统轴向动态特性参数识别问题,提出在装配状态下辨识滚动结合部参数的新方法.首先,将左、右轴承副和丝杠螺母副简化为集中弹簧-阻尼单元,滚珠丝杠简化为弹性杆件,建立简谐激振力作用下系统的轴向刚度和阻尼参数辨识方程组.然后,根据激振力幅值、频率、各支撑点之间的距离和测量处的振幅等参数建立优化目标函数,采用粒子群遗传混合算法识别出轴向动态特性参数.研究结果表明,进给系统刚度和阻尼参数的辨识误差在2.56%以内,从而验证了该方法的正确性和有效性.     

考虑非线性弹性力的滚珠丝杠系统分岔与混沌特性分析

应用弹性力学位移法及Galerkin法建立了数控机床进给系统滚珠丝杠的数学模型,指出非线性弹性力作用下的滚珠丝杠系统可以用有阻尼的Duffing方程来描述,并用林滋-庞加莱奇异摄动法求得系统的自由振动二次近似解析解.通过参数辨识仿真及试验研究对模型进行验证,发现在进给系统运动过程中,受轴向力、径向力、扭矩等多种载荷作用的影响,滚珠丝杠系统会发生非线性振动,出现分岔及混沌现象,系统刚度随工作台位置的不同而变化,呈现出非线性规律,使运行中的系统固有频率不稳定.根据工作台振动加速度时间序列和频谱图存在的混沌特征,断定进给系统是一个非线性动力学系统,可为数控机床的动态系统辨识提供依据.     

出弹平台进给系统刚柔耦合动力学建模与仿真

出弹平台进给系统属于高速进给,急启急止系统,因此能否实现高加速度、高速度以及良好的进给驱动性能是设计的关键所在。通过刚体动力学理论计算出出弹平台伺服进给系统的机电参数,运用ADAMS软件建立多刚体虚拟样机模型对机电参数和伺服电机的选型进行校验,并通过ANSYS和ADAMS软件建立进给系统的刚-柔耦合动力学模型,分析刚性体和柔性体情况下模型的输出参数,得出传动误差。仿真分析结果解决了进给系统机电参数和性能匹配的问题。     

精密坐标镗床进给系统热误差分析与预测

为了预测数控机床运行时热误差对进给系统定位精度的影响,以精密坐标镗床为研究对象,采用红外热像仪和激光干涉仪分别测量进给系统在每个测点的丝杠温度和定位精度,提出进给系统热误差的最小二乘支持向量机(LS-SVM)预测方法,建立了关于温度与位置的预测模型。模型引入最小二乘支持向量机方法对机床进给系统热误差进行预测分析,较好地描述了进给轴热误差与温度、位置之间的非线性关系,且对样本的依赖度小,有很好的泛化能力,解决了目前线性拟合模型用特征平均温度替代当前测点温度进行计算而存在较大误差的问题。实验结果表明,与目前已经在数控机床上实际应用的线性预测模型相比,LS-SVM模型对进给系统热误差的预测精度可达90%,预测精度提高30%以上,取得了非常好的预测效果,具有较高的现实应用价值。     

滚珠丝杠进给传动机构预紧力的确定及轴向刚度的计算

本文阐述了滚珠丝杠螺母间的预紧力及滚珠丝杠轴向预加负载的合理确定,并根据决定滚珠丝杠进给传动装置轴向变形的主要因素,利用串联零件综合刚度的计算方法和弹性理论,给出了滚珠丝杠进给传动装置的轴向刚度计算公式.     

带广义扩张状态观测器的柔性滚珠丝杠进给系统LQR控制

为了改善滚珠丝杠进给系统的跟踪性能,采用了带广义扩张状态观测器(GESO)的线性二次型调节器(LQR)进行控制.首先,针对具有轴向振动特性的滚珠丝杠进给系统建立了二自由度质量模型状态方程及传递函数;其次,根据模型的状态方程设计了系统的LQR控制器,为了消除系统受到的外部干扰和反馈中存在噪声影响设计了广义状态观测器;最后,通过仿真和对比试验对设计的控制器性能进行验证.仿真及对比试验结果表明,所设计的带GESO的LQR控制器具有较高的跟踪精度,对于外部干扰和反馈噪声具有抑制作用,能够保证进给系统的鲁棒性.     

基于ANSYS的机械密封热力耦合变形计算及分析

针对机械密封在工作时摩擦生热以及受外载荷作用,导致密封端面变形,进而影响密封性能的问题,应用ANSYS软件,对机械密封动环端面温度场分布规律以及温度场引起的热变形、受力引起的力变形和热力耦合变形进行分析.研究结果表明:摩擦生热导致动环端面温度呈梯度分布,随着半径的增大温度从高到低;热变形使端面产生拉伸位移,随着半径的增大变形量减小;受力引起的变形与热变形趋势相反,在内径处产生最大压缩位移,外经处产生最大拉伸位移;热力耦合变形介于两者之间.因此,综合考虑热力耦合变形比单独考虑热、力变形对端面变形影响较小.     

大导程滚珠丝杠进给系统动力学建模研究

本文通过弹性力学中的赫兹接触理论,分析了进给系统动结合部（滑块副、丝杠螺母副、轴承副）的接触刚度。考虑了丝杠的柔性并利用达朗贝尔原理,建立了进给系统的集中参数动力学模型。根据动力学模型,利用MATLAB工具进行了仿真分析,并利用比利时LMS公司提供的Test.Lab振动噪声测试模块对机床进给系统进行了实验验证。实验分析验证了理论分析的正确性。该建模方法较为准确地预测大导程滚珠丝杠副进给系统的动力学特性,为主动设计进给系统提供了理论依据。     

基于Simulink的镗床液压进给系统建模与仿真

以某镗床液压进给系统为研究对象,建立了其数学模型和Simulink仿真模型,采用Runge-Kutta四阶算法对其动态响应性能进行仿真,分析了不同参数下系统动态性能的变化规律,从而为镗床液压进给系统的优化设计、参数匹配和性能分析提供理论依据.     

数控车床进给系统的建模与仿真

根据机械动力学原理建立了机床进给传动系统的数学模型,利用MATLAB软件中的动态仿真工具Simulink构建了车床进给系统的仿真模型,获得了反映系统性能的仿真曲线。利用仿真模型分析了间隙、死区等非线性因素对系统精度的影响,并给出了提高传动系统性能的措施。为机械传动系统的设计、参数的选择以及性能的改进提供理论依据。     

数控机床进给系统的摩擦力特性

基于FANUC数控系统FOCAS函数集提出了实现进给系统伺服电机的力矩电流和工作台位置实时采集的方法.利用三次样条函数,给出了力矩电流和工作台位置离散数据连续化的处理方法,进而提出了进给系统摩擦力辨识算法.利用试验结果,分析了进给系统摩擦力的均值特性和频谱特性,结果表明:由于丝杠螺母副与两端轴承不同轴,其摩擦力局部均值呈现悬链形式,其总体均值在低速进给时较大,随进给速度增加迅速下降;当进给速度达到一定值后,随进给速度增大,摩擦力略有增加.在进给系统工作过程中,滚动体在丝杠滚道内的周期运动、丝杠波纹度、滚动体进出丝杠螺母副及导轨滑块内循环轨道将激励起摩擦力对应的基频和倍频波动.     

采用力矩电机直驱的数控机床进给系统伺服刚度优化

力矩电机直驱进给系统的刚度特性很大程度上取决于伺服刚度,伺服刚度是影响进给系统的抗干扰能力、动态响应特性、速度和精度的关键因素.该文以力矩电机直驱进给系统为研究对象,提出了一种基于Routh判据的伺服刚度优化方法,给出了控制系统稳定条件下系统各参数间相互约束关系.该优化方法可同时差定多个伺服控制参数以提高伺服刚度.首先...     

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.
     

数控机床进给系统的空载功率模型和空载功率影响因素分析

在分析数控机床关联部件能量消耗的基础上,建立数控机床进给系统的功率模型,研究进给系统的空载功率特性和影响空载功率的因素,并对1台数控机床进行仿真分析和实验验证。结果表明,进给系统的空载功率与进给速度是单调递增的二次函数关系,进给速度和负载质量影响进给系统的空载功率,但是负载质量对空载功率的影响极小。仿真分析及实验验证结果证明模型是有效的。     

基于Hypermesh和ANSYS的拖拉机驾驶室模态分析

针对某拖拉机驾驶室的结构特点,以模态有限元的基本理论为依据,基于Hypermesh建立了某拖拉机驾驶室的有限元模型,应用有限元分析软件ANSYS计算得出了该拖拉机驾驶室的前10阶固有频率及振型。分析了固有频率与激振频率的关系,从模态振型分析找出结构的薄弱环节,结果表明该驾驶室的顶部横梁和纵梁结构刚度需要进一步提高。该结论为今后拖拉机驾驶室的结构设计和改进提供了理论依据。