基于H∞ 控制策略的机床主轴综合鲁棒控制研究

针对数控机床主轴的控制问题,采用综合鲁棒控制器实现数控机床主轴的有效控制,并对控制效果进行仿真验证。构造数控机床主轴系统模型简图,建立了考虑切削力的数控机床主轴的完整动力学模型。基于H_∞控制策略开发针对机床主轴的综合鲁棒控制器。采用MATLAB软件对数控机床主轴进行仿真,并与传统PID控制器的仿真结果进行对比和分析。结果显示:采用综合鲁棒控制器控制的数控机床主轴转速超调量小,能快速消除波动;所需控制电压范围减少了约50%;即使受到较大随机干扰,主轴系统也能够快速消除干扰,处于受控状态且稳定。采用综合鲁棒控制器可以提高机床主轴的动态稳定性以及抗干扰能力。     

双转台五轴机床的参数化运动学建模

为支持虚拟数控机床的后处理、加工仿真、参数检测及切削动力学分析,建立其参数化运动学模型。采用修正的Denavit-Hartenberg法,推导出双转台五轴数控机床全参数化正向运动学数学模型;运用逆向运动学算法求解旋转轴及移动轴的关节参数,实现刀具轨迹数据到机床运动坐标的转换,即后置处理;以风机翼型叶片的数控加工为例,验证了该集成模型的正确性和通用性。     

基于MATLAB Robotic Toolbox的关节型机器人运动仿真研究

在MATLAB环境下对关节工业机器人进行仿真分析。以ER3A-C60机器人为例,分析了它的正运动学、逆运动学和轨迹规划问题。利用Robotics toolbox和D-H参数建模方法,建立该机器人的运动学模型,进行该机器人轨迹规划的仿真,得到机器人关节角、角速度、角加速度随时间变化曲线,验证该机器人参数的合理性.     

基于ADAMS的三轴数控运动平台仿真分析

鉴于很多普通高等院校在数控教学实践中存在的学生动手能力差、对数控机床内部结构了解不够等问题,根据传统数控机床的基本设计方法提出了一种可装配拆卸、可用于二次开发的实验室自制三轴运动平台。在Pro/E中建立三轴数控运动平台的3D模型,导入动力学软件ADAMS进行运动学和动力学仿真,输出速度、加速度、电机转矩和所消耗功率的变化曲线,并进行分析,验证了该数控运动平台设计的合理性。     

虚拟样机技术在轴向柱塞泵仿真分析中的应用

固液耦合效果对柱塞泵运动学与动力学特性影响很大。利用有限元分析软件,建立柱塞泵刚柔耦合模型,在此基础上建立其固液耦合虚拟样机模型。仿真研究斜盘倾角、主轴转速对柱塞泵运动学和动力学特性的影响,以及柱塞腔内压力变化规律。结果表明:泵的出口流量及压力脉动幅值随斜盘倾角的增大而增大;柱塞加速度与主轴转速的平方呈正比,造成柱塞泵受到的液压冲击力急剧增大。研究结果为柱塞泵性能的深入分析提供了参考。     

虚拟加工设备的建模和加工过程物理仿真

介绍了虚拟加工设备建模的常用软件，并对虚拟数控机床和刀具的建模进行了讨论。着重研究了虚拟加工过程物理仿真，利用有限元（FEM）法建立了切削力仿真模型，利用多体系统运动学理论建立了虚拟数控机床的运动模型。最后，提出虚拟加工物理仿真技术发展中存在的问题以及未来的研究方向。     

LM算法BP神经网络的数控机床主轴系统故障诊断

针对目前数控机床故障复杂、诊断困难的问题,提出基于人工神经网络的故障诊断方法。在研究传统BP神经网络故障诊断模型基础上,引入改进的BP算法-LM算法,建立机床主轴系统LM-BP神经网络故障诊断模型,对机床主轴系统故障进行分析与诊断,再通过Matlab仿真与传统BP神经网络相对比,仿真结果表明:传统BP神经网络存在较难实现快速、准确的故障定位问题,而BP神经网络LM算法作为故障诊断的核心算法收敛速度快、识别准确。该方案设计合理可行,有较好的应用前景,并给出应用了实例。     

双转台五轴联动数控机床轮廓误差控制方法

五轴数控加工中,机床几何精度、动态特性不匹配等因素引起的各种误差最终会表现为零件的轮廓误差,所以控制和补偿轮廓误差具有重要意义。以双转台五轴联动数控机床为对象,采用D-H法建立了数控机床运动学模型。运用运动学正解模型,揭示了刀心位置轮廓误差和刀轴方向轮廓误差的产生规律,为轮廓误差补偿控制提供了理论依据。在此基础上设计了一种轮廓误差补偿控制方法。仿真实验证明该控制方法能有效减小轮廓误差。     

自动激光焊接机器人的运动机构设计及实验验证

分析了3分支5自由度自动激光焊接机器人的结构特点,并建立该机器人的正反解运动学模型,采用解析方法求解该运动学模型并进行仿真计算,最终采用机器人完成了自动激光焊接实验。结果表明,该3分支5自由度机器人机构可完成高精度及高速激光焊接,具有实用价值。     

基于SimMechanics的新型3UPU UPS并联机器人仿真研究

针对一种新型3UPUUPS并联机器人进行了运动学和动力学分析,建立该并联机器人的运动学及动力学模型,在此基础之上运用Mat Lab中的Sim Mechanics模块精确建立该并联机器人仿真模块。根据该并联机器人的运动情况设计动平台运动轨迹,经逆解模块产生各个支链的运动轨迹,设计PID驱动控制器驱动该并联机器人进行仿真。最后将数值计算与仿真结果进行对比分析,结果表明:该种方式建立的机械模型和控制均都符合实际系统特性,并且避开了并联机构平台复杂的建模过程,对其他并联机构有很大的借鉴意义。     

Sensitivity analysis of the 3-PRS parallel kinematic spindle platform of a serial-parallel machine tool

The special configuration of a serial-parallel type machine tool possesses five degrees of freedom and provides more flexibility in NC machining. The parallel spindle platform plays the key role in manipulating three directions of movement. In this study, the inverse kinematics analysis of the platform is derived first. A sensitivity model of the spindle platform subject to the structure parameters is then proposed and analyzed. All the parameters influencing the position and orientation of the spindle platform are discussed based on the sensitivity model and the simulated examples. Critical parameters to the accuracy of the cutter location can then be found, which are the slider position, the strut length, and the tool length.     

Design of a generic five-axis postprocessor based on generalized kinematics model of machine tool

This paper presents a generic five-axis postprocessor system for various five-axis machine tools. The generalized kinematics model of common five-axis machines is constructed by combining two rotational degrees of freedom on the fixture table and two rotational degrees of freedom on the spindle. The complete analytical equations for NC data are obtained through homogeneous coordinate transformation matrix and inverse kinematics. The derived five-axis NC code expression is a general form suitable for all kinds of five-axis machine tools with three orthogonal linear axes and two orthogonal rotational axes. A window-based postprocessor software written by Borland C++ Builder and OpenGL has been developed according to the presented algorithm. The wireframe model of the configured five-axis machine tool can be promptly shown and rotated/zoomed dynamically on the screen to assist the user to input relevant parameters correctly and efficiently. Through the implementation of the developed postprocessor and the verification by the solid cutting simulation software as well as the real machining experiment, the effectiveness of the proposed scheme was confirmed.     

基于内置传感器的数控机床动态加工误差测量方法

以HJ044双转台型五轴联动数控机床为例,以机床内置传感器信息和多体系统理论为基础,建立了刀具相对工件的运动学模型,提出了一种基于内置传感器信息的动态加工误差测量方法。该方法利用机床编码器或光栅尺等机床内置传感器信息获取机床各轴运动位移,并结合机床运动学模型,测量由机床的动态特性引起的加工误差。并通过实验表明该方法是一种简单有效的数控机床动态加工误差测量方法。     

专用数控机床主轴早期可靠性控制图分析

数控机床主轴早期可靠性研究是数控机床可靠性研究的关键组成部分。通过对数控机床主轴早期故障实验前采集的主轴变形数据的分析，建立了早期可靠性变形控制图，用来监控主轴早期可靠性。根据对数据的分析，判断主轴是否存在故障，进而在不损坏机床主轴的前提下，消除主轴早期故障，提高机床可靠性。     

3PRS-XY混联型并联运动机床数控系统研究

设计了基于“Pc＋Turbo PMAC”开放模式的数控系统,实现3PRS-XY混联型并联运动机床的运动控制。利用Turbo PMAC开放的运动学计算功能,将运动学变换计算嵌入到Turbo PMAC中,在Turbo PMAC中完成轨迹粗插补,提高了控制系统的实时性和可靠性,降低了系统的开发周期。     

基于3D模型的数控机床主轴箱装配和运动仿真研究

在数控机床主轴箱的设计中,采用三维设计方法,利用Pro/E对其进行了三维实体建模及装配设计,并通过动态仿真和干涉分析,以验证设计方案的可行性.该方法提高了产品的设计质量和设计效率,为产品的结构优化设计提供了有效的途径.     

TK6920型数控铣镗床主轴箱的计算机辅助分析及改进设计

文章研究内容针对TK6920型数控铣镗床主轴箱CAD分析及优化,运用solidworks软件建立了三维CAD设计分析模型,并采用ansys有限元软件建立了有限元模型并进行静态刚强度分析.计算分析了主轴箱的应力及应变,在此基础上构建了主体结构的优化计算模型,将主轴箱进行了优化设计,尝试了新的改变约束的方法,与初始设计进行对比分析,为主轴箱的结构设计及改造提供理论依据.     

基于SolidWorks齿轮复合加工机床仿真系统研究

为研究齿轮复合加工机床的运动规律,验证NC代码的正确性并直观地模拟加工过程,对齿轮复合加工机床进行结构分析,建立机床运动学模型。基于SolidWorks2013平台,运用COM组件技术针对机床的核心功能开发了齿轮复合加工机床数控仿真系统。利用位姿矩阵原理以及分段处理技术实现了机床五轴联动控制和齿轮加工仿真。实例表明:该方法简单、可靠;开发的仿真系统能够满足实际的需求。     

五轴数控机床通用坐标运动变换及求解方法的研究

五轴数控加工后置处理的难点是机床坐标运动变换;文章以双转台机床为例,利用机构运动学原理,推导出了刀位矢量及刀位点运动变换模型;模型方程可以通过混合编程方法求解,旋转角通过最短路径法优化选择;通过仿真分析对该算法进行了验证;实际计算结果表明所提出方法是正确可行的而且适用于其他任何类型的五轴机床。     

基于动态测试的机床主轴系统仿真研究

讨论了精密数控机床在相对激振试验时的理论模型,确定了伪随机相对激振测试加工中心主轴系统动态特性的试验方案与测试系统,给出了激振器的安装位置,精确地测出70个点的响应,获得了反映加工中心主轴系统动态特性的各阶模态参数与图表,建立了整个主轴系统的动力学模型,据此对其试验结果进行了分析并对该结构的修改提出了相应建议,为后续试验提供了依据,并为主轴系统的动态优化设计奠定了良好基础.