环境温度对微进给平台定位精度影响规律的研究

微进给机构是超精密加工设备中实现精密定位的重要组成部分，加工环境条件极其微小的变化均可能影响其定位精度。文章运用I-DEAS软件，针对自行研制的一台精密磨削用多自由度辅助微进给平台，在假定其它加工环境均满足加工要求的前提下，对不同环境温度下其热变形情况进行了初步的研究。研究发现，微进给平台沿z向的最大变形量与环境温度呈正比；环境温度对微进给平台z向最大变形量的影响与微进给平台的动平台上表面温度值的大小呈正比。     

宏/微双驱动微切削定位进给系统的递进式误差补偿技术研究

宏/微双驱动微切削定位进给系统在航空航天、医疗、核能以及IC制造等领域具有广泛的应用,其定位进给精度是保证零件切削加工质量的根本。为了提高其定位进给精度,提出一种机械补偿与算法补偿相结合的递进式误差补偿方法:首先通过微动平台元件的压电致动特性实现对宏平台的粗误差机械方式补偿,再采用最小二乘法和BP神经网络误差补偿模型进行宏/微双驱动系统的精误差算法补偿。并通过误差补偿实验验证后得出,在微切削加工条件下,基于宏/微双驱动定位进给系统的递进式误差补偿法极大地提高了机床的定位进给精度;补偿后X、Y轴的误差波动区间集中在[-0.010,+0.010]μm,定位精度分别为0.006 mm和0.009 mm,重复定位精度为0.010 mm和0.013 mm,实现了系统的纳米级定位和10 nm级的重复定位。     

柔性铰链机构与驱动器的耦合特性及精度分析

介绍了一种二维微位移工作台系统的工作原理，结合该工作台建立了柔性铰链机构与驱动器的机电耦合模型，利用卷积积分求出了其耦合响应，并分析了影响工作台定位精度的主要因素，为在柔性铰链机构及其控制系统设计中提高系统响应速度和精度提供了理论依据。     

精密微动工作台二维微位移机构的设计研究

介绍了一种精度高、性能稳定、结构简单的二维微动工作台微位移机构的工作原理及其设计；着重分析了为消除机构间隙和工作台爬行，提高定位精度和响应速度所采取的技术措施：电致伸缩陶瓷驱动、柔性铰链与杠杆放大一体化结构等。     

直线电机工作台垂直刚度的有限元分析

直线电机进给单元是高速数控机床的一种新型进给系统。其进给运动是由安装在工作台和床身之间的直线电机直接驱动实现的,具有进给速度高、加速度大、响应速度快、定位精度高等特点,由于工作台垂直方向除了切削负荷和自重以外,还要承受巨大的电磁吸力,而直线电视初级和次级之间的垂直间隙极小,故工作台的垂直刚度就特别重要。本文用有限元法对高速机床工作台的垂直刚度进行了分析研究,同时结合研究工作,还介绍了有关有限元三维     

高速空心滚珠丝杠螺母副热特性的影响因素分析

滚珠丝杠作为机床伺服进给系统的重要元件,其热变形会降低伺服进给系统的定位精度,在机床高速化发展的过程中,滚珠丝杠热变形成为其发展的瓶颈,采用通有冷却介质的空心滚珠丝杠为解决这一问题提供了方法。空心滚珠丝杠定位精度受到以下因素影响:滚珠丝杠轴向载荷、转速、通入空心滚珠丝杠的冷却介质的种类、冷却介质流速以及空心滚珠丝杠内孔的大小,这些因素不仅影响空心滚珠丝杠的冷却效果,而且对空心滚珠丝杠的变形也有很大的影响。研究结果表明:轴向载荷和转速对温度影响较小;专业冷却油更适合用于滚珠丝杠的冷却,合理控制其温升和热变形;热变形和热-结构耦合的分析,给出了最佳内孔直径。为空心滚珠丝杠的设计及研究提供理论依据。     

超精密滚珠丝杠进给系统谐响应的有限元分析

以超精密滚珠丝杠进给系统试验台为研究对象,使用有限元法对其进给系统的工作台受到轴向正弦力载荷时系统的谐响应进行了分析.由于目前传统的滚珠丝杠进给系统有限元模型不能准确的分析电机轴输出端的转矩动载荷对进给系统产生的谐响应,据此提出了一种新的进给系统有限元模型,保证了其谐响应分析的准确性.并根据分析结果可知,在超精密滚珠丝杠进给系统中,电机轴输出端的转矩动载荷会对进给系统的定位精度产生不可忽视的影响.     

可翻转的回转工作台装置

为了解决现有的重型机床配套的常规回转工作台不具备翻转运动且定位精度低的问题,介绍一种可翻转的回转工作台装置.该装置除具备直线和回转两项运动功能外还具备翻转运动功能,具有回转定位精度高、进给箱的重量轻、翻转角度误差小的特点.     

中走丝线切割机床工作台进给系统设计方案的研究

在采用滚动直线导轨的基础上,对中走丝线切割机床DK7732的工作台进给系统进行了设计。根据机床工作台速度从静止加速至快速移动速度,为满足工作台性能的要求,对工作台进给系统电机转速、驱动扭矩、惯量匹配作了详细的计算。另外,对工作台滚珠丝杠螺母进给传动系统结构进行了设计和分析。     

特性参数对进给系统工作台扭转-纵向振动的影响分析

以数控机床进给系统为研究对象,运用第二类拉格朗日方程理论建立了系统扭转-纵向的耦合动力学模型,并利用四阶龙格-库塔法对方程进行了数值求解。采用等倍数法增加各参数值,进而求取了不同参数下的工作台速度最大振动幅值。在此基础上,分析了丝杠与螺母结合部轴向刚度、联轴器刚度、轴承刚度三个因素对进给系统工作台轴向振动的影响,并分析了在变导程下增加结合部等效扭转刚度对工作台扭转振动的影响。研究结果表明,随轴向刚度的增加工作台轴向振动幅值都呈减弱的趋势,螺母结合部轴向刚度是影响工作台轴向振动最大的因素,联轴器刚度是影响最小的因素。导程越大,工作台扭转振动幅值越大,等效扭转刚度对工作台扭转振动的影响率越明显。为进给系统的研究提供了理论参考,并为机床减振和结构优化提供理论依据。     

压电陶瓷传感器二维微量进给机构的试验研究

通过试验对压电陶瓷传感器（PZT）驱动的二维微量进给机构进行了研究，并给出了压电陶瓷传感器驱动电源及微量进给机构的设计方案和性能。切削实验表明，采用二维微量进给机构能有效提高加工精度。     

基于无凸轮发动机的液压执行机构复合控制研究

针对发动机凸轮驱动式液压可变气门控制跟踪误差较大问题,设计了无凸轮发动机液压执行机构,并采用了复合控制系统。建立了混合执行器数学模型,分析了气门阀液压驱动工作原理。给出了压电致动器等效电路图和数学表达式,推导出气门阀液压驱动运动方程式。结合前馈控制和反馈控制的各自优点,设计了复合控制系统。采用MATLAB软件对发动机气门运动位移、压电位移和压力变化跟踪误差进行仿真,并且与反馈控制系统输出误差进行比较和分析。结果表明:与反馈控制系统相比,采用复合控制系统反应迅速,自适应调节能力较好。气门运动位移、压电位移和压力变化跟踪误差较小。因此,提高了气门运动轨迹跟踪精度,改善了发动机综合性能。     

无凸轮内燃机伺服压电液压执行机构及其控制研究

为解决大部分可变气门控制器无法实现气门的完全可变性,提出一种包含压电和液压部件的伺服压电液压执行机构。采用自适应前馈控制器实现伺服压电液压执行机构的有效控制。构造伺服压电液压执行机构模型,建立伺服压电液压执行机构中压电结构、伺服活塞结构和液压结构的数学模型。设计一种包含2个前馈控制器和1个反馈控制器的自适应前馈控制器。采用MATLAB软件对伺服压电液压执行机构进行仿真,并与传统PI控制器的控制结果进行对比。结果表明:采用自适应前馈控制器的伺服压电液压执行机构的跟踪性能明显提高,跟踪误差减少约50%,控制电压范围也大大减小。该执行机构能很好地实现无凸轮内燃机气门的有效控制。     

基于混合控制的无凸轮发动机气门电液执行机构跟踪误差研究

为降低发动机气门运动位移输出误差,设计一种新的发动机气门电液执行机构。创建电液执行机构原理简图,对压电制动器和机械伺服系统进行分析。给出了电液执行机构的电路控制数学表达式,建立了液压驱动机构流量方程式。引用单一PID控制方法并进行改进,设计了串联PI-PID-PI混合控制方法。采用MATLAB软件对发动机气门运动位移和压电位移输出误差进行仿真,并且与单一PID控制方法进行对比和分析。结果表明:采用单一PID控制方法,气门运动位移和压电位移输出误差在10%以内,误差变化幅度较大;采用串联PI-PID-PI混合控制方法,气门运动位移和压电位移输出误差在5%以内,误差变化幅度较小。采用串联PI-PID-PI混合控制方法,控制系统反应速度较快,能够提高发动机气门运动位移控制精度,改善气门运动特性,效果较好。     

压电致动器辅助电阻点焊工艺实现及飞溅控制

电阻点焊是一种多物理场耦合且封闭不可见的金属成形过程,焊接过程中电流大且通电时间短,电极力与熔核区热熔化程度匹配不当,极易造成飞溅问题,影响表面成形并降低焊点强度. 针对此问题,文中提出了一种压电致动器辅助电阻点焊的方法,利用压电致动器自身响应时间短、输出推力大的特点,将压电致动器辅助压力施加于焊接过程,实现电阻点焊过程中宏观静压力与压电致动器辅助快速动态可编程压力调节. 结果表明,压电致动器在电阻点焊气缸宏观预紧力下可实现可控的压力输出,不同频率的振动可辅助加载于原始压力波形之上,在保持焊接参数不变的情况下,压电致动器的振动输入可有效改善熔核区热分布,实现对焊接飞溅的抑制并增大熔核直径,综合提升接头性能.     

基于压电执行器的GMAW焊接解耦控制方法及机理的研究

采用基于压电执行器的焊丝回抽机构,结合以DSP为核心的控制系统,研究额外力对熔滴过渡的影响。通过焊接过程高速摄像,研究不同参数对熔滴过渡的影响。结果表明,采用基于压电执行器的焊丝回抽机构,可以给熔滴增加额外分离力,实现熔滴过渡;回抽时间越长,焊接电流越大,送丝速度越大,越容易实现熔滴过渡;焊接过程几乎没有飞溅;可以在电流较小时实现非短路过渡的熔滴过渡。     

基于工控机及PLC长轴氮化炉温度控制系统的研究

为了提高深炉的控温精度及控制炉内温度的均匀性,运用PID控制理论,研究开发了一种基于工控机及PLC的长轴氮化炉计算机温度控制系统。通过工业计算机、西门子PLC、A/D,D/A模块、智能仪表、电动执行机构等控制单元实现系统及各个子系统之间的自动化控制。试炉结果表明,该炉温控制系统能获得最佳的控制效果。     

十字形薄板双轴疲劳试验的设计与实现

基于双轴疲劳试验数据较少的现状,采用双通道载荷控制技术,将电液伺服材料试验机INSTRON 1251系统横向作动器与纵向作动器组合,研制了十字形薄板试样双轴疲劳试验测试工装夹具,设计了十字形薄板试样双轴疲劳试验系统,达到了十字形薄板试样双轴疲劳试验要求及数据监测记录功能。试验运行表明:该试验设计实现了可靠双轴加载,试验控制精度高,为材料或零件结构设计与强度评估提供了基础技术支持。     

微挤压成形系统的设计与实现

针对微挤压成形工艺要求,设计开发了一种微挤压成形系统,该系统装置采用压电陶瓷为驱动器,以实现成形速度的精确控制;利用压簧-楔块机构实现自动进给,减少了人工操作步骤;通过计算机控制系统与传感器,实现对微挤压成形过程的实时控制及数据采集。在室温条件下,使用该成形系统对铅丝坯料进行微挤压实验研究,结果表明,成形装置受力形变对挤压结果产生的影响可以通过适当的预紧力得到改善,从而成形出轮廓清晰的微型齿轮,验证了该研究方案的可行性,为后续的微型金属零件成形研究提供技术依据。     

Servo scanning 3D micro-EDM based on macro/micro-dual-feed spindle

Using the end discharge of micro-rod-shaped electrode to scan layer by layer, micro-electrical discharge machining (EDM) can fabricate complex 3D micro-structures. During the machining process, the discharge state is broken frequently due to the wear of the tool electrode and the relative scanning motion. To keep a favorable discharge gap, the feed spindle of the tool electrode needs the characteristics of high-frequency response and high resolution. In this study, an experimental system with a macro/micro-dual-feed spindle was designed to improve the machining performance of servo scanning 3D micro-EDM (3D SSMEDM), which integrates an ultrasonic linear motor as the macro-drive and a piezoelectric (PZT) actuator as micro-feeding mechanism. Based on LabVIEW and Visual C++ software platform, a real-time control system was developed to control coordinately the dual-feed spindle to drive the tool electrode. The micro-feed motor controls the tool electrode to keep the favorable discharge gap, and the macro-drive motor realizes long working range by a macro/micro-feed conversion. The emphasis is paid on the process control of the 3D SSMEDM based on macro/micro-dual-feed spindle for higher machining accuracy and efficiency. A number of experiments were carried out to study the machining performance. According to the numerical control (NC) code, several typical 3D micro-structures have been machined on the P-doped silicon chips. Our study results show that the machining process is stable and the regular discharge ratio is higher. Based on our fundamental machining experiments, some better-machined effects have been gained as follows. By machining a micro-rectangle cavity (960 μm×660 μm), the machined depth error can be controlled within 2%, the XY dimensional error is within 1%, the surface roughness R_a reaches 0.37 μm, and the material removal rate is about 1.58×10⁴ μm³/s by using a tool electrode of Φ=100 μm in diameter. By machining multi-micro-triangle cavities (side length 700 μm), it is known that the machining repeatability error is <0.7%.