多轴联动的机床交叉耦合轮廓误差补偿技术

为了提高多轴联动CNC机床的加工精度,减小由机械传动及电气控制等因素造成的轮廓误,针对多轴联动CNC机床伺服采用交叉耦合参数选择困难及稳定不强等问题,提出了一种交叉耦合轮廓补偿的控制方法,建立了交叉耦合轮廓误差补偿的模型,搭建了x轴、y轴及z轴仿真实验平台,仿真实验结果表明,轮廓误差补偿的算法使用交叉耦合误差补偿算法进行控制,可以大大减小轮廓误差,提高插补控制精度,也减小数控插补系统的单轴震动,对其他数控插补过程具有借鉴意义。     

基于误差模型的三轴联动加工轨迹预补偿方法

为了减小由于进给系统动态特性造成的多轴联动加工轮廓误差,提出了一种基于轮廓误差模型的三轴联动加工轨迹预补偿方法。首先建立了关于轨迹曲率、加工速率及进给系统动态特性参数的轮廓误差模型;然后根据读取的插补数据,利用轮廓误差模型实时预测三轴联动加工过程中的轮廓误差补偿向量并对加工轨迹指令进行补偿;最后通过对圆、变曲率和螺旋线轨迹的MATLAB仿真和机床加工实验,证明该补偿方法将轮廓误差减小了85%以上,可显著提高数控机床加工精度。     

基于DEFORM仿真的剐齿切削力与工艺参数关系研究

针对剐齿加工过程中切削力变化复杂和对加工精度影响大的问题,根据空间交错轴啮合原理建立剐齿加工运动模型。通过DEFORM软件建立剐齿加工仿真模型,基于剐齿加工仿真模型,通过单因素法与正交试验法研究剐齿切削力与工艺参数的关系。分析结果显示,刀具进给量对剐齿切削力的影响比较大,同时获得了剐齿切削力最小时的工艺参数组合。     

基于动态切削力系数的插铣加工过程稳定性研究

插铣过程中切削力系数随切削参数的改变而变化,但在切削力仿真和稳定性边界绘制过程中总假定切削力系数是不变的,这样使得预测结果误差较大。针对上述问题,以冲击式水轮机水斗材料0Cr13不锈钢插铣过程为研究对象,结合修正的插铣力模型,采用正交试验法、平均铣削力法及偏最小二乘法得到随切削参数变化的动态切削力系数模型。对模型系数标准化分析得到影响切削力系数tK、rK和aK大小的最主要因素分别为进给量、径向切宽和进给量。基于动态切削力系数对插铣加工过程切削力及稳定性进行了研究,使用恒定切削力系数、动态切削力系数分别得到切削力仿真与稳定性边界,验证试验结果表明动态切削力系数的仿真精度更高,结果为冲击式水轮机水斗插铣加工工艺优化和刀具设计提供理论支持。     

基于嵌入式ARM和DSP的电火花线切割机床控制系统设计

针对电火花线切割单CPU框架监控功能有限、线切割加工精度和效率低等问题,设计一种支持双CPU协作的高效率和高精度电火花线切割机床控制系统。硬件上以ARM为上位机、DSP为下位机,由ARM集中处理线切割加工过程工艺参数,DSP实时控制工作台多轴联动和线电极加工节拍,通过扩展I/O全覆盖监控电火花线切割机床机电系统。软件上植入多任务实时RTLinux操作系统,通过多任务实时调度、人机交互和高速走丝线切割实时控制实现在线插补、齿隙补偿和多轴联动等多进程任务协调。调试表明,双CPU协作系统运行可靠,能有效监测和反馈线切割加工过程机电系统运行状态,改善在线插补与多轴联动等协同控制性能。     

五轴联动数控加工中的刀具轨迹控制算法

已有的五轴联动数控加工系统往往忽略刀轴矢量插补问题,只是简单地通过对线性轴进行插补、对旋转轴进行跟随的方式来实现刀具轨迹的控制,导致产生非线性误差和刀具碰撞与干涉等问题。为此,提出一种基于刀轴矢量插补的刀具轨迹控制算法。该算法采用大圆弧插补法对加工过程中的刀轴矢量进行控制,同时采用NURBS曲线拟合方法对控制过程中产生的中间点进行处理,并通过对拟合而成的NURBS曲线进行插补来实时计算各运动轴的位置。该算法不仅能够有效地提高五轴联动数控加工的精度,而且可以有效减小数据存储量。仿真和实际加工验证了算法的有效性和实用性,证明算法具有轨迹过渡平稳、非线性误差小的特点。     

五轴线性插补中非线性误差补偿方法

以A-C双摆头五轴数控机床为研究对象,通过对机床的运动学求解,分析了五轴数控机床在加工过程中非线性误差产生机理并建立了非线性误差的数学模型。通过齐次坐标变换的方法,推导出计算加工过程中刀尖点实际位置的数学表达式以及其反计算公式。针对五轴数控机床的旋转轴运动所产生的非线性误差,提出了一种反求插补点的补偿方法。从五轴数控加工旋转中心位置插补算法角度考虑降低非线性误差的方法,通过理论刀尖点位置来反求旋转中心的插补的位置,使实际刀尖点更多地落在理论插补路径上。利用MATLAB进行实际数据的仿真验证,结果表明所提出方法能将非线性误差有效控制在加工允差内,可显著提高五轴数控系统的轨迹控制精度,可见本文所提出方法具有较好的可行性和实际应用价值。     

车削过程切削力的计算机数值仿真

切削力是表征切削过程最重要特征的物理量，其动态变化将直接影响加工过程中刀具与工件的相对位移、刀具磨损和表面加工质量等，所以对切削力建模是进行加工过程物理仿真研究的基础。因此在基于实时工况的切削实验研究基础上，考虑切削参数的因素，利用BP（back pmpagation）神经网络建立车削过程中的切削力的仿真模型。通过大量的样本训练，使神经网络能够对切削力进行较准确地数值仿真。     

5轴联动数控系统速度控制方法

高速加工过程中,在刀具路径上容易产生过冲,影响加工精度,因此必须提前对加工速度进行优化处理.基于数据采样法,利用当量位移和坐标轴方向系数实现了5轴联动线性插补;利用直线加减速原理进行插补前加减速控制;对速度前瞻控制方法进行了深入探讨,实现了相邻程序段转接处速度优化、连续微小程序段速度计算、减速点提前预测及前瞻程序段数动态选择等.仿真结果表明,速度平滑连续,有效地解决了5轴联动线性插补中的速度控制问题,提高了加工精度和加工效率.     

基于Tri-NURBS轨迹同步插补的五轴加工技术

为提高复杂曲面五轴加工过程中刀具运动的平稳性，在分析了五轴NURBS插补摆刀轨迹后提出了一种满足插补精度的等距Tri-NURBS轨迹同步插补算法。首先结合NURBS曲线理论生成了三次Tri-NURBS轨迹模型，结合二阶泰勒展开法计算出三条轨迹对应位置的插补参数。然后针对三条轨迹参数不同步的问题，以刀心点轨迹参数为基准，分别对刀触点和刀轴点的轨迹参数进行同步，实现了插补过程中三条轨迹参数的同步运动。最后，使用两个评价指数对等距Tri-NURBS轨迹同步插补算法的插补精度进行评价。MATLAB仿真结果表明，提出的方法能够得到插补精度高的Tri-NURBS同步轨迹，实现了复杂自由曲面的高效率和高质量加工。     

ControlLogix控制系统在伺服系统中的应用

设计了一种基于ControlLogix控制系统和SERCOS网络的伺服系统,应用相应软件设计了控制程序和监控系统.实际运行结果表明,所设计的系统具有良好的实时性,监控系统操作方便,能够实现精确地定位控制、多轴协调运动;同时可实现多轴轨迹运动插补控制,并能保证较小的运动误差.     

重复控制补偿的PID电液伺服位置控制

针对液压伺服系统难以精确控制的特点,采用重复控制补偿的高精度PID进行控制。通过建立数学模型并在Simulink中对电液位置伺服系统进行仿真,研究表明该控制策略应用在电液位置伺服控制系统中跟踪性能好、精度高。     

[可靠性建模及试验技术]面向数控机床可靠性试验的多维力随动加载装置

面向五轴联动数控机床的可靠性试验提出多维力随动加载方法，对五轴联动进给主轴施加多维力载荷，形成复杂进给抗力，部分模拟主轴复杂切削力环境。基于6-PUS并联机构研制多维力随动加载装置，采用模糊PID控制器建立显式力控制系统，比例和积分增益可随加载误差自适应调节。在五轴联动数控机床上开展多维力随动加载实验，结果表明，加载装置能够跟随机床主轴的单轴、三轴联动和五轴联动进给运动，根据期望值对主轴施加三维力，加载误差小于3.2%，在机床执行多种加工轨迹时形成有效进给抗力，为后续引入动态加载模拟复杂切削力提供理论和装备支撑。研究成果可为数控机床可靠性试验提供低成本、可循环的加载方式，有利于测试的规模化和标准化发展，也可为精度保持性、超载试验、跑合试验等机床性能测试提供新的负载模拟思路。     

A control strategy with motion smoothness and machining precision for multi-axis coordinated motion CNC machine tools

The advanced manufacture technology requires that multi-axis coordinated motion computer numerical control (CNC) machine tools have the capability of high smoothness and high precision. At present, the study of the motion smoothness mainly concentrates on the acceleration and deceleration control method and the look-ahead process of velocity planning in the interpolation stage. The control strategy of the contouring error mainly focuses on tracking error control, cross-coupling control, and optimal control. In order to improve the motion smoothness and contouring precision for multi-axis high-speed CNC machine tools, a multi-axis modified generalized predictive control approach was presented in this paper. In the control strategy, the estimation models of tracking error, contouring error, velocity error, and acceleration error were structured separately. A new improved quadratic performance index was proposed to guarantee the minimum of these errors. Generalize predictive control was also introduced, a multi-axis generalized predictive control model was deduced for motion smoothness and machining precision for multi-axis coordinated motion CNC system, and an approved multi-axis generalized predictive controller based on the model was designed in this paper. The proposed predicted control approach was evaluated by simulation and experiment of circular, noncircular, and space line trajectories, respectively. These simulative and experimental results demonstrated that the proposed control strategy can significantly improve the motion smoothness and contouring precision. Therefore, the new position control method can be used for the servo control system of multi-axis coordinated motion CNC system, which increases motion smoothness and machining precision of CNC machine tools.     

电液伺服加载系统四连杆机构控制器设计

该文针对飞机起落架电液伺服加载过程中非线性传动机构的动态特性进行分析。确认在动态加载过程中因四连杆机构的非线性特性造成的系统动态跟踪效果不佳的具体原因,基于逆系统的思路找到了一种非线性数学模型与PID控制器结合的控制方法。采用模型预测的方法对系统进行误差补偿。使用简化了的电液伺服作动系统数学模型与该控制方法进行MATLAB/simulink仿真。使用此方法大大提高了起落架加载系统的动态跟踪性能。     

基于电液伺服系统的多绳缠绕式提升机浮动天轮主动调绳性能研究

在多绳缠绕式超深矿井提升机运行过程中,采用基于电液伺服系统的浮动天轮主动调绳装置,调节钢丝绳的张力。根据浮动天轮主动调绳装置的结构和原理建立阀控缸液压伺服系统的数学模型,设计了电液伺服系统的模糊自适应PID控制器,提出了一种基于模糊自适应PID控制的电液伺服系统实现浮动天轮主动调绳的控制方法,并建立了相应的数字仿真模型,以不同扰动频率的正弦函数输入模拟钢丝绳的振动,分析了液压缸的动态特性。仿真结果证明了采用模糊自适应PID控制方法的电液伺服系统浮动天轮主动调绳装置的有效性。     

基于前馈控制的交流伺服系统高速定位控制

在要求高速、快响应的交流伺服定位系统中,采用传统PID控制很难实现高速定位.为解决此问题.在设计出包括位置环、速度环和电流环的三闭环PID伺服控制系统的基础上,引入电流环和速度环的前馈控制来提高定位控制的性能.通过仿真验证了前馈控制在指令信号跟踪方面的良好效果,然后设计出实验系统,进行了与普通PID伺服控制系统的对比实验.结果表明,引入前馈控制的PID伺服控制系统可以实现交流伺服系统的高速定位控制.     

基于模糊PID控制的数控进给伺服系统仿真研究

针对数控机床进给伺服系统数学模型难以建立的问题,提出了一种模糊PID控制器,将其引入到数控进给伺服闭环控制中。并在Simulink环境下进行了仿真实验,结果表明,与传统PID控制相比,模糊PID控制改善了伺服系统动态性能,超调量小、鲁棒性强和稳态精度高。     

电液伺服系统的非线性控制

针对电液伺服系统非线性、参数时变的特点,为提高系统的性能,首先讨论了系统的非线性数学模型,利用逆系统解耦控制方法,将非线性系统转化成伪线性系统,进行线性控制;在此基础上,提出了一种模糊PID自适应非线性控制设计方案,与逆系统控制方法进行了仿真比较;结果表明,采用模糊PID控制,在系统参数变化、外界扰动的影响下,具有较好的自适应性和动态鲁棒性能。     

基于PMAC运动控制卡的风洞风速控制系统

介绍了一种基于PMAC多轴运动控制卡的风洞风速控制系统。采用Pc作为上位机,PMAC运动控制卡为控制核心,风速传感器为反馈,控制两套交流旋转伺服系统驱动风扇运转。建立了伺服系统的控制模型并在Simulink仿真环境下进行了仿真;利用Visualc#语言开发设计了风洞风速控制软件。在所搭建风速控制平台上进行风速控制实验,结果表明该风洞控制系统能够快速、准确实现风速的调控。