立卧进给系统多柔体模型丝杠振动仿真分析

以高精密立式和高精密卧式机床为研究对象,利用FEM技术建立高精密立式和卧式机床的进给系统刚性模型,然后利用VP技术对各零部件进行网格划分,替换刚性体,建立起进给系统多柔体模型。通过添加不同方向的切削力分别建立高精密立式和卧式机床多柔体模型。研究立式机床和卧式机床进给系统丝杠振动特性的不同,对比其在一定范围内的精确度,以选择合适的机床。论文中选择高精度的卧式机床。     

基于模态分析的并联机床动态特性的研究

振动问题是影响并联机床加工精度的原因之一,研究并联机床的动态特性,可以为机床减振技术的研究提供理论基础。以三平动非对称冗余驱动(3-2SPS)并联机床为研究对象,建立并联机床的振动学模型,运用达朗贝尔原理与一阶影响系数矩阵建立机构多自由度振动系统的微分运动方程,通过ANSYS Workbench对机床进行模态分析,分析机床的前6阶固有频率与振型,同时利用MATLAB对影响机床振动特性的前3阶固有频率的分布进行仿真分析,研究得出了机床的前6阶固有频率,确定了机床振动过程中相对形变较大的位置以及机床振动中的薄弱环节,研究结果为并联机床减振技术的研究提供了理论依据。     

KDP晶体超精密加工机床主轴系统模态分析

KDP晶体超精密加工机床的加工精度与主轴系统的振动存在着密切的联系。为了解决KDP晶体超精密加工机床的加工稳定性差、精度难以保证的问题,利用ANSYS Workbench软件建立了主轴系统的三维有限元模型,在此基础上对机床主轴系统进行模态分析,得到主轴系统的前6阶模态频率和振型并分析了主轴系统的模态频率及振型之间的关系。最后对主轴系统进行模态实验,实验结果与有限元分析之间基本吻合,最大误差为4.9%,验证了有限元分析结果的可靠性,为KDP晶体超精密加工机床主轴系统的优化设计以及轻量化研究奠定了基础。     

基于ADAMS的3-TPS混联机床动态特性分析

利用ADAMS软件对3-TPS型混联机床进行振动测试分析和加工仿真分析,建立了机床动态仿真分析的刚柔耦合模型,分析了机床在各个方向的振动特性,仿真分析了切削力下机床刀尖位置的位移偏差。结果表明,该机床Y、Z方向的振动响应较大,X向的响应较小;在铣削力作用下,刀尖点位移产生了明显的偏移,致使机床的加工精度降低。     

机床齿轮箱变速器振动特性分析及优化研究

针对机床在运行过程中需要平稳少振的特点,以某型号的机床齿轮箱变速器为研究对象,分析齿轮箱变速器振动的成因及理论减振方法。利用MASTA软件建立齿轮箱变速器仿真模型,对其进行齿轮耦合模态分析和阶次跟踪分析,得到关注频率内的共振参数和动态啮合力、啮合柔度相位及大小的变化曲线,确定变速器的谐波啮合阶次和响应峰值频率。通过游隙控制分析,获得游隙对齿轮箱变速器振动特性的影响规律,得到不同轴承对响应峰值的作用规律和不同游隙下各谐波阶次对应响应峰值的变化规律。结果表明：优化后的响应峰值显著降低,齿轮传递误差减小,改善了齿轮箱变速器的振动特性。     

微振动对超精密撞点加工精度影响

振动在加工中普遍存在,超精密撞点加工存在高速撞点加工精度差等问题,文章研究微振动对超精密撞点加工的影响,基于撞点各轴的振动误差,通过MATLAB构造出的振动仿真模型,发现适当降低X轴直线电机刚性、增强撞点加工中柔性铰链刚性可以抑制振动从而提高加工精度。根据仿真结果,进行了不同加工速度下的加工实验,验证结果表明,微振动对于撞点的超精密加工有很大影响,若加工速度超过35点/s,加工精度就会严重降低。该实验中采用微结构密集阵列加工机床,发现撞点加工速度维持在20点/s~30点/s,可以保证较高的加工精度。     

某特殊结构单向阀的充气振动研究

以一个特殊结构的单向阀为例，对其动态性能进行了分析，并建立其数学模型。利用MATLAB仿真软件，采用四阶龙格一库塔算法对其动态性能进行了仿真。通过修改模型的结构参数，对仿真曲线进行分析，得知其振动机理，并给出减弱和消除振动的措施。     

航空发动机叶片修复机床传动系动态建模及仿真

为了建立更加接近航空发动机叶片修复焊接机床真实运动的动态运动模型,进而提高机床传动动态稳定性,根据动力学原理对航空发动机叶片修复焊接机床的单轴运动进行了多因素动力学分析。将电机、轴承、丝杠、丝杠副、工作台进行了综合动力学分析,通过动态刚度将轴向位移与轴向力以及扭矩相关联,进行动态建模及仿真。将仿真分析结果与参数匹配修改后的仿真结果以及利用其他仿真方法得到的结果相对比,该模型的动态稳定性与灵敏性更加理想。     

航空发动机叶片焊接机床刚柔耦合建模研究

利用有限元分析软件ANSYS Workbench对机床进行了静力学分析,初步了解了机床的变形情况。根据变形情况,利用动力学分析软件ADAMS对易变形及振动构件柔性化建立了刚柔耦合虚拟样机。在虚拟样机中对焊枪的平动、加减速、高速运动等不同的运动形式进行了仿真,研究分析了滑枕和丝杠的变形和振动情况,对刚性模型和刚柔耦合模型圆弧轨迹进行了对比。结果表明,刚柔耦合虚拟样机能够更真实精确地进行运动学、动力学分析,对机床的设计、改进和误差补偿有重要意义。     

基于特征频率自动识别的机床振动分析

在精密超精密加工中微小的振动都会影响机床的加工精度。为了有效减小或抑制振动,在线提取、分析和辨识振动是十分必要的。文章基于傅立叶变换,提出了频域自动识别的方法。该方法首先获取由转速引起的振动频率,再利用该频率分析振动信号中是否含有其他振动源,从而实现振动的在线辨识,并通过机床空转实验和加工实验进行验证。实验结果表明:该方法提取出的振动频率准确,可应用于加工的振动在线辨识与分析。     

超精密机床液体静压导轨静动态特性研究

高精度高刚度导轨是实现脆性材料高效高表面完整性加工的前提条件。以超精密机床的液体静压导轨为研究对象,设计了液体静压导轨结构,建立了导轨的三维模型与数学模型,并通过数值仿真,预测出不同参数条件下液体静压导轨的静态特性与动态特性。开展了超精密机床液体静压导轨静动态特性实验,验证模型的可靠性,结果表明模型预测值与实验测量结果相近,表明模型可靠,为实现脆性材料的高效高表面完整性加工奠定了理论基础。     

并联机床振动仿真分析

以三平动非对称并联机床(3-2SPS)为研究对象,研究单支链各个机构的振动模型,并推导出整条支链的等效振动模型,建立单支链以及机床整机的多自由度振动系统的微分运动方程,运用MATLAB软件对多自由度无阻尼振动的多阶固有频率进行仿真分析,得到机床在工作空间内前两阶固有频率,为机床后续的优化设计和加工生产提供了参考。     

基于参数降阶模态的分层贝叶斯在线裂纹检测

为了保证检测的稳定性和准确性,并且有效处理参数的关联性与强非线性,提出一种基于参数降阶模态的分层贝叶斯在线裂纹检测方法。提出一种用于递归输入、状态和参数估计的分层贝叶斯滤波器,它通过使用空间不完整和噪声可以仅输出测量振动。将所寻求的参数视为具有有限个更新状态的随机变量,参数状态的动力学由改进估计策略控制,该策略能够探索参数空间并识别目标值。进一步利用参数降阶模型对所提出的方法进行裂纹识别。最后通过航空航天应用中的真实组件对提出方法进行仿真,结果显示提出方法检测准确性和稳定性较高,证明了提出方法的有效性。     

龙门加工中心移动横梁静动态分析及结构改进

机床移动横梁因自身重力及外加载荷而发生变形,为此,对横梁进行了简化,得到其振动力学模型,理论计算求解出横梁最大变形量和一阶固有频率。对移动横梁进行了三维建模与有限元分析,横梁最薄弱位置位于横梁上下导轨部位,针对最薄弱部位,对横梁上下导轨局部结构进行了改进设计。结果表明,横梁结构理论计算的最大变形量和一阶固有频率与仿真结果相近,优化后的横梁形变减小了10.6%,质量减轻了136kg,轻量化效果明显。为机床其他零部件的优化设计提供了有益的方法参考。     

精密卧式加工中心主轴轴向热误差补偿方法

热误差是精密机床最主要的误差源之一。主轴是机床的关键部件,其热误差直接影响机床的加工精度。文章以某型号精密卧式加工中心主轴为对象,对其温度场和热变形进行了仿真分析。根据仿真结果发现主轴轴向热变形更严重,并结合机床结构确定温度传感器布置位置。在此基础上,对不同转速下主轴部分位置温度和轴向热误差进行现场测试。运用最小二乘法建立热误差补偿模型,直接结合机床FANUC数控系统实施主轴轴向热误差补偿。经实验验证,补偿后主轴轴向热误差减小了85%以上。     

基于遗传算法的二自由度液压伺服系统模型降阶方法的研究

遗传算法是一种模拟自然界进化而形成的简单、高效的全局优化算法。本文研究了用遗传算法对二自由度液压伺服系统模型优化降阶的方法 ,编制了进化程序 ,并进行了仿真试验。结果表明用该方法可以有效地解决二自由度液压伺服系统模型优化降阶的问题     

PMSM分数阶滑模变结构MRAS仿真

针对永磁同步电机(PMSM)模型参考自适应控制系统(MRAS)中存在的抖振及转速估计精度低的问题,提出了一种分数阶滑模变结构MRAS转速辨识方法。首先建立了PMSM的参考模型和可调模型,利用参考模型和可调模型的电流输出误差来构造分数阶滑模面,其次设计了电机速度观测器,用Lyapunov稳定性理论证明了其可行性。最后利用MATLAB/SIMULINK软件搭建仿真模型进行仿真。仿真结果验证了PMSM分数阶滑模变结构速度观测器的有效性,具有更加精确地对转速进行跟踪的能力,有较好的鲁棒性。     

基于本征正交分解法的焊接模型位移重构

在包含大量焊点的焊接结构件优化过程中,为了降低模型仿真对计算机软硬件的要求并提高计算速度,保证优化方案的可行性,设计了基于本征正交分解的降阶模型重构过程。在理论基础上,对一个焊接模型进行分析,提取模型节点位移进行本征正交分解,分析本征值的贡献度并构建其降阶模型。结果表明:基于本征正交分解的模型重构方法在保证计算精度的前提下,能够有效减少模型自由度,加快仿真优化的速度。该方法适用于加速焊接结构仿真和优化过程。     

基于ABAQUS的三轴立式镗铣加工中心动态特性分析

以辛辛那提750为例,研究三轴立式镗铣加工中心的动态特性,根据有限元模型分析方法建立模型后进行模态特性分析机床各阶振动模态的特点,找到了机床结构上薄弱环节;在此薄弱环节上选取一点进行谐响应分析,计算出机床上最大激振力误差以及相应的特征频率。结果表明:机床结构的主轴箱位移量较大,激振力频率与机床结构第十阶固有频率接近时容易发生共振。     

采用电动液压执行机构对机床进行主动隔振研究

地面振动容易使机床超过允许的加工或测量偏差,从而影响机床的加工质量。提出一种新型电液执行机构对机床进行振动隔离,构建机床主动隔振系统,采用神经网络PID控制器实现机床主动隔振系统的有效控制,并对控制效果进行仿真验证。分析机床主动隔振系统的结构,建立机床主动隔振系统中电液执行机构以及机床的动力学模型,将执行机构的数学模型耦合到机床的虚拟模型。基于神经网络与PID控制器,开发神经网络PID控制器。采用MATLAB对机床主动隔振系统进行仿真,同时与传统PID控制器的计算结果进行对比和分析。结果显示:神经网络PID控制器控制下的工作台以及工具中心点位移振幅相比传统PID控制器减少30%～82%,采用神经网络PID控制器控制后,控制精度更高,隔振效果也更好。采用神经网络PID控制器的电液执行机构能够有效地衰减并隔离地面运动。