加减速曲线对伺服进给系统定位精度影响的试验研究

通过试验分析了数控机床伺服进给系统在高速加工过程中,加减速曲线形变对系统定位精度造成的影响.为提高伺服系统的跟随性能,改善刚度、反向间隙等因素对加工精度的影响,更好地实现高速、高精度加工提供了重要依据.     

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.     

考虑模态特性的高速机床进给系统刚度匹配研究

为了得到进给系统的最优动态特性,建立了进给系统的动力学模型。采用有限元法对高速机床进给系统的部件与结合面进行刚度设计,通过分析进给系统的振动形式,找出了在各种因素下系统模态参数的变化规律,以工作台的结构设计为例,进行了合理的刚度匹配。进给系统在低频段沿进给方向振动,最显著的影响因素是工作台的质量、丝杠-螺母副接触刚度、轴承副接触刚度和丝杠自身的拉压刚度,当系统沿垂直于工作台的方向振动时,受导轨-滑块结合面刚度的影响较大。在不同导轨、滑块跨距组合参数下,对系统模态的特性变化规律进行了分析,当滑块跨距为400mm、导轨跨距为300mm时,系统模态为最优分布。研究表明,该刚度匹配设计方法可使工作台的质量减小10%,进给系统的1阶固有频率提高9%,从而验证了该方法的准确性。     

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。该优化方法可同时整定多个伺服控制参数以提高伺服刚度。首先基于直驱式力矩电机模型建立了完整的伺服进给系统机电耦合模型;在伺服系统控制参数对伺服刚度影响分析基础上,提出了系统稳定性Routh判据不等式的简化求解方法,建立了系统控制参数间的约束关系,利用Simulink对该方法进行仿真验证;最终提出了以伺服刚度为优化目标的伺服控制参数优化方法。以某五轴联动数控机床A轴力矩电机直驱进给系统为例,进行优化应用验证,结果表明:该优化方法在保持系统稳定性的同时能显著提高系统伺服刚度,并且对伺服系统动态跟踪精度等动态性能影响较小。     

进给系统爬行对沟道磨床精度的影响研究

文章以QMB125球笼沟道磨床的伺服进给系统为研究对象,建立了伺服进给系统的数学模型,分析了进给系统产生爬行的机理;通过大量的运动学仿真,获得了进给速度,工作台质量,系统阻尼,系统刚度及静、动摩擦因数之差等参数对进给系统爬行的影响规律;在仿真基础上对各影响因素进行了正交试验分析,得到了各因素之间的耦合关系;依据正交试验...     

滚珠丝杠传动系统的刚度模型

传动链刚度是机床中滚珠丝杠驱动进给系统建模和辨识的关键。该文基于静力学平衡方程和变形协调条件,建立了新的丝杠传动链静刚度模型;结合丝杠两端边界条件,求解其集中载荷过程激励的二阶波动方程频域Fourier变换,建立了分离参数动刚度模型,统一了2种模型。静刚度模型、动刚度模型低频特性与静刚度模型的一致性、动刚度模型的高频特...     

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.
     

PCB数控钻床工作台部分的动力学仿真与分析

以六钻头龙门式PCB数控钻床工作台部分为研究对象,应用SolidWorks软件建立其三维模型,通过ADAMS软件建立工作台部分的刚柔混合模型并进行仿真分析,发现了工作台支撑板对系统的动态特性影响较大.因此,要提高工作台部分运动过程中的定位精度,有效的方法是对支撑板进行拓扑优化,利用ANSYS软件的拓扑优化模块,在保证刚度的基础上,尽可能减少其质量,改进原有的支撑板结构,提高工作台进给系统的动态特性.     

数控机床回转工作台综合性能测试技术研究

为了在企业投产或使用前发现数控机床回转工作台的潜在故障,文中结合各类工作台功能部件检测标准及测试技术,制定了一套回转工作台综合性能的检测规范。在模拟工况加载条件下,使用相应的传感器,对数控机床回转工作台的精度、刚度、温度等性能进行一体化检测并分析。该检测规范可为数控机床回转工作台在生产和使用过程中的检测起到指导作用,对整机的可靠性有着重要的影响。     

仿形铣床进给伺服系统位置调节器的探讨

本文讨论了仿形铣床进给伺服系统中,位置调节器的结构形式对系统动态性能的影响。着重分析了在系统开环传递函数具有S=0的二重极点及包含传动链间隙的非线性环节情况下,位置调节器结构与参量的选择。     

基于概率方法的机器人铣削加工颤振稳定性研究

将可靠性概率方法引入到机器人铣削模态耦合颤振预测中,首先建立可靠性模型,得到极限状态方程.其次,应用四阶矩法计算其可靠度和灵敏度以分析各参数对于铣削加工稳定性的影响.最后,基于机器人铣削加工骨头的工程背景给出了一个算例研究.结果表明:机器人两自由度方向的刚度、切削力系数和加工进给方向会影响铣削加工的稳定性;在一定范围内,增加X方向刚度,降低Y方向的刚度,减小切削力系数以及合理选择加工进给方向有利于避免模态耦合颤振的发生;系统对于切削力系数的变化相较于X,Y方向刚度更加敏感,对稳定性的影响更显著.     

精密传动系统的机电耦合建模及仿真分析

针对伺服系统中传动系统的机电耦合影响了系统的动态特性和响应特性,提出了基于伺服系统的精密传动系统的机电耦合因素,分析了机电系统耦合建模方法.以大型精密卧式加工中心伺服进给系统为研究对象,通过分析系统各组成环节的数学模型,得到了该系统的动态结构图,建立了该系统的机电耦合模型,仿真分析了精密传动系统的传动刚度和传动误差对伺服系统的影响.利用该模型可以分析参数变化对伺服进给系统稳定性和动态特性的影响,为参数优化提供了计算模型.     

PCB数控钻床工作台支撑板结构的设计优化

针对六钻头PCB数控钻床工作台支撑板,应用ANSYS软件进行拓扑优化分析,合理配置结构,减少支撑板质量,保证结构刚度最大化,并改进支撑板结构。对菱形结构、十字形结构和改进型支撑板进行尺寸优化,提高结构比刚度。在拓扑优化的基础上,通过静力学分析和模态分析对3种结构形式支撑板进行研究对比。结果表明,改进型支撑板减小了最大变形量,提高了固有频率,从而提高了工作台运动过程中的刚性,以及工作台进给系统的定位精度。     

高硬度球面磨削过程中类爬行现象的分析和抑制

在高硬度球面磨削过程中发现了一种类爬行现象,通过对球面磨削的主轴 砂轮 工件系统物理建模,推导了实际进给量与理论进给量之间的关系,揭示了进给系统的刚度、进给量和进给时间间隔对进给误差的影响规律;分析了类爬行现象的发生机理及其对球面磨削质量和磨削效率的影响.为了避免球面磨削过程中类爬行现象造成的危害,提出了基于声音和电流信号的双阈值模糊自适应控制策略对高硬度球面磨削过程进行监控.实验结果表明,与定进给磨削方式相比,所提出的模糊控制策略提高了磨削过程稳定性和工件表面质量,有效抑制了类爬行现象的发生.     

滑移及黏度对超精密气浮工作台性能影响研究

针对超精密气浮工作台内部微小间隙气体的性能展开研究,实现了微尺度下气体滑移及黏度对气浮工作台性能影响的分析。基于气体润滑理论和微尺度下气体滑移和黏度的研究,实现了气浮工作台内气膜流态模型的修正,利用有限差分法给出了雷诺方程的数值求解过程;通过求解修正模型,分析不同供气压强和气膜间隙下,滑移和黏度对气浮工作台性能影响的机理。研究结果表明:气体滑移和黏度会引起气浮工作台承载力的降低和气膜刚度的增大,但不会改变供气压强和气膜间隙对工作台的影响趋势,只是影响程度发生改变,当同时考虑滑移和黏度时,承载力比忽略时降低最多(约为21.95%),最大刚度比忽略时提升最大(约为15%)。滑移和黏度的存在使得气浮工作台的实际性能最优参数小于理想的最优性能参数,最优气膜间隙由原来的10μm变为6μm。最后,通过试验验证发现,同时考虑气体滑移和黏度时,气浮工作台的性能最接近实际工况,承载力的仿真曲线与试验曲线最吻合,刚度的试验值与仿真值的误差约为9.59%。     

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。     

机器人力控制系统仿真分析

本文对由Movemaster-EX机器人和HUST-FS6腕力传感器组成的力控制系统进行了分析,讨论了接触物体和腕力传感器刚度、力反馈矩阵、库仑摩擦以及间隙非线性对整个力控制系统稳定性的影响;引入力的微分反馈有助于增强力控系统的稳定性,用单关节机器人模型进行了仿真研究.结果表明,接触物体综合刚度、力反馈矩阵、库仑摩擦和间隙非线性对力控系统影响很大;引入力微分反馈能改善系统性能.     

基于ANSYS的数控机床进给系统热力学仿真与分析

滚珠丝杠是数控机床进给系统的主要传动方式,在工作过程中其热变形是影响加工精度的重要因素。为提高ANSYS计算精度,本文研究分析了滚珠丝杠进给系统的热源、边界条件和热变形机理,基于Hypermesh对初始网格进行优化,建立进给系统的热-力耦合模型。通过改变进给速度、轴向载荷和环境温度等加工参数,分析各工况下的温度变化和热变形。结果表明：热变形与进给速度成正比,热平衡时间与进给速度成反比,轴向载荷对热变形的影响大于进给速度。选用合适的进给速度改进滚珠丝杠的加工方式,能有效降低其温度变化及热变形,对提高数控机床的加工精度和延长使用寿命具有一定的现实意义。     

间隙对电液动态加载系统多余力矩的影响

针对存在于电液动态加载系统传动链机械连接部分的间隙,使得系统固有的多余力矩变化更加复杂和难以补偿,导致加载精度严重下降的问题,基于功率键合图方法,以大型风力机变桨距半实物仿真系统中的电液动态加载过程为例,建立了包含传动链间隙的电液动态加载系统数学模型.在间隙大小不同时,采用20-sim软件进行仿真分析,结果表明:仅在位置系统启动与换向时,传动链间隙对多余力矩具有强化作用;传动链间隙从0增大至0.8mm,多余力矩峰值从18.2N·m上升至164.2N·m,加载系统的多余力峰值精度从1.85%下降至82.1%;当传动链间隙达到0.9mm时,加载系统出现极限环振荡.     

系统参数对自激振动系统动力学稳定性的影响

为了研究机床进给系统的黏滑运动特性,建立了基于Stribeck摩擦模型的具有代表性的质体-弹簧-传送带摩擦自激振动模型.利用李雅普诺夫稳定性判据对自激振动系统的平衡点进行了稳定性分析,获得了系统的临界失稳速度,又经过理论公式推导出了系统的临界黏滑速度.从数值仿真得到的相图和Poincare截面图可以看出,随着系统进给速度、阻尼和传动刚度的增大,动、静摩擦差值的减小,系统的黏滞运动持续时间变短,即系统的稳定性增强;低速状态下的自激振动分为黏滑和纯滑动两个阶段,且均为准周期运动;系统进给速度是影响系统稳定性的主要参数.