基于能量输入与耗散关系的机床一维钢轴热变形预报研究

通过对一维钢轴热传导差分模型的推导发现,钢轴能量输入、耗散与热变形之间存在着密切关系,进而建立起基于反馈原理的机床能量输入、输出的热变形预报模型,最后,进行一维钢轴热变形预报模型推导和实验.实验结果表明,该模型具有较高的预报精度.     

超精密加工中表面波纹度与主轴系统不平衡关系

针对超精密加工工件表面出现的表面波纹度问题,研究超精密机床液压主轴系统不平衡问题与表面波纹度之间的关系。加工工件的面形检测结果首先利用选出的最优小波变换进行各个尺度的分解及重构,接着利用功率谱密度分析小波分解后各个尺度上的信号谱能量得到相关频率信息,结合主轴系统部件的模态及旋转频率信息,对检测结果中主要误差特征进行提取。主轴系统频率信息由两种方法进行计算,从面形波纹度中提取出来的典型误差特征包含机床主轴固有频率和旋转频率及其高倍频,电源基频50 Hz及其整数倍频和次谐波信号,这些频率特征正好与主轴系统不平衡频率以及电动机工频噪声干扰频谱特征对应,这说明主轴系统不平衡是导致加工工件波纹度出现的主要原因,这种辨识方法为超精密机床加工精度的提高提供了辨识依据。     

微流控芯片磁性抛光工艺参数优化

以提高微流控芯片表面质量为目的,进行磁性抛光微流控芯片的关键工艺参数优化研究.首先,设计单因素实验组,根据实验结果,得到磁性抛光关键工艺参数对其抛光质量的影响规律:随着抛光间隙的减小,芯片表面粗糙度由0.327μm增至0.045μm,后又降至0.130μm,其最佳抛光间隙为1.5 mm;主轴转速对抛光质量的影响并不显著,改变转速进行抛光后芯片表面粗糙度保持在0.045～0.055μm,其最佳范围为400～800 r/min;微流控芯片表面粗糙度随着抛光时间增加而提高,最高表面粗糙度为0.018μm,相对而言,最佳抛光时间为30 min.此外,磁性复合流体(magnetic compound fluid,MCF)抛光质量受加工间隙影响最大,受抛光时间的影响略大于主轴转速.实验结果表明,通过对磁性抛光的关键工艺参数进行优化,可以将微流控芯片的表面粗糙度从0.510μm提高到0.018μm,由此可进一步探索磁性抛光技术应用于微流控芯片的确定性抛光.     

基于非线性动态特性的轴承–转子系统振动分析

随着空气静压主轴在超精密加工过程中的广泛应用,对主轴的运动精度的要求不断提高,如何准确预测和提高主轴运动精度是十分必要的。基于空气静压轴承的非线性动态特性,研究空气静压主轴的振动特性和预测模型,探索非线性动态特性分析对主轴回转精度的影响。首先,对空气静压径向轴承的动态特性进行分析,建立气膜动态流动模型,采用扰动法求解模型得到轴承的非线性动刚度与动阻尼系数。将空气静压轴承内的气膜作为弹簧阻尼系统建立轴承–转子系统,并通过动力学分析建立了轴承–转子的动态振动模型。将轴承的非线性动态特性参数引入振动模型,结合MATLAB对模型进行求解,得出了空气静压主轴径向跳动误差曲线、偏转误差曲线和径向总振动误差曲线,并通过FFT数据处理对振动进行频域分析。通过对比分析得到非线性分析对空气静压主轴径向振动误差的影响。最后,搭建了空气静压主轴径向回转误差测量试验台,得到主轴实时回转误差信号,实现轴承–转子系统的振动动力学模型分析的实验验证。从空气静压径向轴承的动态分析可以看出,轴承的动刚度和动阻尼均呈非线性变化,随着偏心率的增加动刚度不断增加,而动阻尼不断减小。从轴承–转子系统的振动分析可以看出：1）非线性分析对主轴偏角振动误差有明显影响,而对径向跳动误差的影响不明显,说明非线性分析主要通过影响主轴的偏角误差从而影响径向总误差。2）定值分析时偏角误差的最大振幅基本稳定,而非线性分析时偏角误差的最大振幅存在一个增加过程并最终趋于稳定,并且非线性分析时最大振幅明显大于定值分析时的振幅。3）在供气开始一段时间内,非线性分析与定值分析下的径向总误差基本一致,但随着时间的增加,非线性分析下的最大振幅大于定值分析下的最大振幅,说明开始供气时非线性分析对径向跳动误差和偏角误差没有造成明显影响,当供气稳定时非线性的动刚度与动阻尼会对主轴转子振动幅度产生明显影响。4）从频域上看,非线性分析最大振幅处的共振频率为964 Hz,定值分析最大振幅处共振频率为986 Hz,非线性分析使最大振幅处的共振频率有所下降。5） 非线性分析和定值分析在频率高于1 500 Hz时,转子的振幅变化都很小,说明频率大于1 500 Hz之后,转子振动比较稳定,此时气膜的振动频率与固有频率不容易发生共振。空气静压主轴回转误差实验的结果表明,基于非线性分析所得的主轴径向回转误差的误差率比定值分析所得主轴径向回转误差的误差率降低了1.43%～6.54%。因此,将空气静压径向轴承内气膜作为弹簧阻尼系统施加于转子之上可以实现轴承–转子系统的耦合振动分析,轴承非线性动态特征参数的引入实现了轴承动态性能对主轴动态振动的影响,通过基于非线性动态特性的轴承–转子系统的振动分析可以更加准确地研究和预测空气静压主轴的径向振动误差。     

基于单片机的三坐标数控机床误差补偿器的研究

针对软件误差补偿技术在工业领域难以获得普遍应用的问题,提出采用误差补偿器取代原来的PC机,实现误差补偿.详细阐述误差补偿技术涉及的多体系统运动学理论,以及利用单片机(SCM)实现软件误差补偿的技术可行性和实现的主体思路.该方案对误差补偿技术的应用具有重大的理论价值和实际意义.     

SK-21数控凸轮磨床几何误差补偿技术的理论研究

针对如何减小SK-21数控凸轮磨床的几何误差从而提高加工精度，以多体系统运动学理论为基础，根据自身结构和运动误差，推导出凸轮精密加工的计算方程；明晰了精密数控指令的迭代求解过程；分析了刀具理想与实际路线的计算方法，内外法线的判定和曲线的拟舍方法；并从解析几何理论和多体系统理论两个不同角度对几何误差参数辨识进行了讨论。     

数控曲面磨床几何误差补偿技术及网络化应用的研究

将误差补偿技术同计算机网络技术结合起来，建立了基于网络的数控机床误差补偿服务系统。选取SMART-CNC数控曲面磨床专机为研究对象，完成了建模、开发误差补偿软件、构建网络化误差补偿服务系统的全过程．仿真试验结果证明了建模方法的正确性和网络化应用系统的可行性。     

基于Web的数控曲面磨床几何误差补偿技术

以误差补偿技术的网络化应用为目的展开研究,选取SMART-CNC数控曲面磨床为研究对象,运用多体理论,建立了磨床的运动模型,获得了与精密刀具轨迹相对应的逆变刀具路线或逆变数控指令的求解方法,在此基础开发了基于网络的误差补偿软件,构建了网络化误差补偿服务系统。仿真试验结果从理论上证明了本文建模方法的正确性和网络化应用方案的可行性。     

基于无瞬心包络法的采油螺杆泵螺杆成型铣刀设计

研究加工采油螺杆泵螺杆成型铣刀的设计方法.通过对采油螺杆泵螺杆形状和工作原理的分析,建立螺杆螺旋面方程.利用无瞬心包络法和成型铣刀廓形设计原理,从成型铣刀与螺杆工件的相对运动关系出发,推导出具有恒定后角的铣刀刀刃廓形方程.在此基础上设计出加工螺杆的专用成型铣刀.铣刀采用刀头与刀架分离结构,降低了铣刀的生产成本,延长了铣刀的使用寿命.该方法设计的铣刀适用于在普通螺杆铣床上加工采油螺杆泵的螺杆,不仅降低了螺杆的加工成本,而且提高了螺杆的加工精度和效率.     

复合数控机床几何误差建模及灵敏度分析北大核心

为了提高复合数控机床的加工精度,研究了机床的几何误差建模及灵敏度分析。以CHD-25型9轴5联动车铣复合数控机床为对象,介绍基于多体系统运动学理论的机床几何误差建模方法,模型涉及37项几何,分别对37项几何误差进行了误差灵敏度分析。通过计算与分析误差灵敏度系数,最终识别出影响机床加工精度的关键性几何误差,为复合数控机床的设计提供有效的理论依据。