[误差建模及精度保证方法]基于稳定裕度的机床轮廓控制器增益设计方法

机床轮廓控制器通常被设计为P控制器，其控制增益是决定控制效果的关键参数。为定量设计轮廓控制器增益值，提出了基于稳定裕度的控制器增益设计方法。首先基于最小二乘法辨识机床各轴的离散传递函数模型,然后根据传递函数模型及Jury准则确定增益的稳定域，最后根据稳定裕度构造目标函数，并在稳定域内求解满足稳定裕度要求的轮廓控制器增益值。在三轴机床上设计轮廓控制器，实施轨迹联动实验，以验证方法的有效性。实验结果表明，基于稳定裕度设计的轮廓控制器可在保证机床运动平稳性的条件下使螺旋形轨迹的轨迹误差最大值减小39.06%，扇形轨迹的轨迹误差最大值减小少34.33%。     

倾斜状态下静压油垫承载性能研究

静压转台具有摩擦系数小、承载能力强、使用寿命长等优点。但其在使用过程中受载及变形情况复杂,而转台倾斜或自身变形时油膜厚度的不均分布与油垫承载能力之间的规律依然不明晰。该文根据微元法建立一种引入转台倾角的雷诺方程,用倾角描述转台导轨面与支承油垫封油边的不平行程度,从而计算出油垫各处的油膜厚度,然后基于有限差分法求解出不同倾角时定量式支承油垫的油膜压力分布状态以及油垫的油腔压力和承载能力,并得到油腔工作参数及性能随倾角的变化规律,为静压转台支承分析和油膜失效判定提供基础。     

Thermal and tilt effects on bearing characteristics of hydrostatic oil pad in rotary table

Hydrostatic pads are key components of a constant flow compensation hydrostatic rotary table.The tilt and thermal effects due to the partial load,the manufacturing errors and the friction must be considered.However,designers are more likely inclined to ignore these effects.In this work,the coupled characteristics of the tilt and thermal effects are studied.A coupled mathematical model to calculate the bearing properties of the pads is built.This model takes into consideration of tilt and thermal effects and is used to solve the flow problem by the finite difference method.The characteristics of the oil pad,including,the recess pressures,the load carrying capacity and the damping coefficients,are obtained and the tilt and thermal effects are analyzed.It is observed that the tilt has a tremendous impact on the bearing characteristics of the hydrostatic pad.The recess pressure,the load carrying capacity and the stiffness are reduced by 50% and the pressure distribution and the temperature distribution of the oil film also change significantly.When the pads work under a tilt operation,a larger land width is better for its bearing properties.It is also observed that the thermal effect is significant and cannot be ignored.     

基于毛细管节流多油垫静压转台理论和实验研究

针对毛细管节流多油垫闭式静压转台建立主轴系统动力学模型,应用Simulink软件得到了主轴系统在偏载下的动静态特性,分析了不同外载及不同加载位置对转台油膜厚度、油膜承载力、油腔压力及转台偏转角的影响.搭建了静压转台动静态特性实验装置,对8油垫静压转台进行了动态加载实验和正弦激励扫频实验.计算结果与实验结果比较表明:该理论模型具有合理性,为静压转台的优化设计和精密机床加工精度的提高提供依据.     

定量式静压转台动态特性建模与影响因素分析

静压转台的动力学性能对转台的综合性能有较大影响,所以对转台在动载作用下响应的深入研究对于转台优化设计及提升转台的综合性能有重要作用。根据Christensen的模型计算考虑表面粗糙度的情况下静压转台支承油垫及预压油垫的非线性承载力。建立多油垫转台的多自由度动力学模型,应用龙哥库塔法计算转台在均载及偏载时转台的响应及转台的稳定时间和稳态油膜厚度,分析表面粗糙度、转台初始油膜厚度、转台支承及预压油垫进油流量、转台转动对转台动态特性的影响。结果表明偏载使得转台的动态性能下降并使转台的某些支承油垫油膜厚度出现较大幅度降低。较小的油膜初始厚度和较大的流量可以提升转台的动态性能,而表面粗糙度等因素对于转台的动态特性也有比较明显的影响其中周向粗糙度倾向与提高转台性能而径向粗糙度则倾向于降低转台性能。所建的模型及分析结论将为转台的优化设计及转台综合性能的提升提供理论基础。