双直线电机同步进给系统的同步误差分析与预测

为了实现龙门双驱的高速、高精度同步需求,搭建双直线电机龙门双驱伺服进给实验平台,对比分析倍福控制器在不同进给速度下双驱同步进给系统的同步误差变化,并分析了加速度、运动位置对同步误差的影响。将同步误差视为随机信号,利用快速傅里叶变换将同步误差的时域信号变换为频域信号,分析龙门双驱系统在不同进给速度下产生的同步误差的频率与幅值。基于速度-位置下同步误差的实验数据,利用正弦曲线拟合建立同步误差与速度-位置影响因素的数学模型,通过实验对比验证该模型对预测同步误差的有效性。     

机床滚珠丝杠进给系统热误差研究现状与发展趋势

机床的热误差已成为影响机床工作性能的最主要因素之一,滚珠丝杠作为机床进给系统关键部件,其热变形直接影响着机床的加工精度.因此,对滚珠丝杠进行热误差控制与补偿十分重要.过去几十年里,国内外学者对滚珠丝杠进给系统热误差研究可以分成三部分内容:热特性研究,热误差建模和热误差补偿.先通过滚珠丝杠热特性分析获取必要的参数,然后以...     

激光熔覆滚珠丝杠进给系统热特性有限元分析

伴随着激光快速成型技术的快速发展,在精密加工过程中,研究进给系统的热特性能够确保加工产品的表面质量。文章以激光熔覆进给系统的滚珠丝杠为研究对象,在ANSYS中使用的移动热源模拟实际过程中的摩擦热,结合外界环境的温升过程,激光热源和空气对流的影响,对滚珠丝杠做了间接热—结构耦合分析,得出了在不同时刻下的温度场分布和热变形。结果表明滚珠丝杠在加工过程中所受温度和应力做相似的变化,即滚珠丝杠的温度和应力变化都呈现出波浪式上升的规律。     

空心/实心滚珠丝杠机床伺服进给系统热特性分析

机床正向着高速高精度的方向发展,解决机床伺服进给系统在高速运行下产生的大量摩擦热及热变形,成为推进机床发展的突破口。提出采用通入冷却介质的空心滚珠丝杠来抑制温升从而控制热变形。先对轴承副和螺母副摩擦生热、热边界条件及滚珠丝杠变形进行理论计算,运用ANSYS分别对不同载荷不同转速下实心/空心滚珠丝杠的传热进行分析,再对空心/实心滚珠丝杠机床伺服进给系统变形进行分析,通过完整的仿真得出:通入冷却介质的空心滚珠丝杠伺服进给系统可以有效地抑制温升和热变形,为机床伺服进给系统的设计和研究提供理论依据。     

数控机床空心丝杠进给轴热误差补偿研究

文章以提高进给轴的精度为研究对象,目的是减小滚珠丝杠系统的热误差对加工精度的影响。改变传统的实心丝杠而设计成空心丝杠进给轴是减少滚珠丝杠内热量,降低成本的有效方法。然而,压力油在丝杠内循环流动只能够带走部分热量,文章在考虑进给轴结构优化的同时也分析了残余热量的热膨胀和热传导的效应,通过误差补偿的方式减小丝杠受热所带来的影响。实验证明这种补偿的方法是有效的。     

镗铣加工中心进给系统热特性分析与实验研究

对于精密机床,随着制造水平的提高,削弱了几何误差对加工精度产生的影响,但机床进给系统的热变形对加工误差的影响越来越大,因此研究进给系统热特性具有深远的意义。以TX1600G数控镗铣加工中心铣削部分的进给系统为研究对象。首先,利用ANSYS建立进给系统的简化三维模型,通过施加移动热源来模拟实际的加工条件,得到滚珠丝杠在5m/min的转速下的温度场分布。再次,并设计滚珠丝杠温度场实验方案,开发了温度测量系统来实现温度场数据采集。最后,将实验结果与有限元结果进行对比,对仿真结果的可靠性和精度进行验证。同时为热误差模型建立,提供必要的数据支持。     

机床丝杠进给系统有限元热分析的热边界条件修正方法

符合实际的热边界条件是机床有限元热分析获得准确结果的关键.以龙门加工中心X向丝杠进给系统为例,提出了一种基于实验数据的热边界条件修正方法.该方法利用Workbench多目标优化模块,以热边界条件为变量,以实验测量得到的丝杠上各点的温度值为目标,对计算得到的热边界条件进行修正.然后,在ANSYS经典环境中,以移动热源的形式施加修正后的边界条件,得出丝杠进给系统的瞬态温度场.最后,从有限元分析结果与实验结果的对比可以看出,该方法具有较高的准确性和实用价值.     

滚珠丝杠进给系统机电能耗实验研究

为深入探索数控机床能耗规律、发挥能耗匹配在数控机床关键部件选型上的指导作用,针对数控机床滚珠丝杠进给系统的机电能耗进行了实验研究。进给系统总能耗可分为伺服电机电功耗以及由各部件相对运动产生的机械功耗(MPC)。因此,首先通过设计全新的实验装置,在多组转速及负载转矩条件下,对伺服驱动电机的电功耗及电效率进行了测量与分析;进一步,考虑4种不同导程滚珠丝杠,对进给系统各部件的MPC进行实验研究,阐明滚珠丝杠的结构参数对系统功耗的影响,以及进给系统功耗与工作台速度的关系。结果表明：电机的工作状态对其效率以及整个进给系统的功耗有很大影响,且影响功耗的最关键因素之一是电机转速,系统功耗是电机效率和机械部件相对运动产生MPC之间的权衡。研究结果有助于从能耗角度进行滚珠丝杠及伺服电机的合理选型,以及对机床进给参数的优化。     

镗铣加工中心进给系统热误差检测实验研究

针对TX1600G镗铣加工中心X轴进给系统,设计实验方案采集进给系统的温度场和热误差数据,得到的数据可用于热误差补偿。首先依照实验方案,测量了丝杠关键位置的温度和丝杠上各测点的定位误差。然后利用误差分离原理,较好的分离出了丝杠的热误差。根据实验结果分析了前后轴承、螺母温度随时间变化的规律以及丝杠上各测点热误差与温度测点位置的关系。在实际测量过程中,综合丝杠定位方式和环境温度的影响,得到了丝杠的温度和热误差数据以及规律,测试效果理想,可为进一步的热误差补偿提供准确的数据支持。     

双驱进给系统热误差仿真分析及试验

为了研究双驱伺服进给系统热变形对双丝杠不同步误差的影响,建立了有限元仿真模型。分析了进给系统稳态温度场,通过改变电机转速,分析在不同进给速度下系统达到热平衡的时间和其热变形,得到了双丝杠不同步误差变化规律。使用Renishaw激光干涉仪测得MCH63试验台在不同转速下不同步误差的变化情况,同时将试验结果与有限元分析结果对比。仿真与试验结果表明:双驱结构易造成温度场分布不均而产生不同步误差;随着电机转速的增加,双丝杠达到热平衡时其温度差和不同步误差也会增加。有限元仿真和试验的增幅差值在14%以内,并呈现波动减少的趋势,说明有限元建模和分析的可靠性。因此,该研究可为预测双丝杠进给系统不同步误差提供一种可行的方法。     

滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与时变动态特性分析

数控机床运行过程中,多轴滚珠丝杠进给系统的刚度和惯量会随着各轴位姿的变化而变化,致使其动态特性呈时变的特点。多轴滚珠丝杠进给系统时变动态特性的高保真建模与分析已成为数控机床轮廓误差精准预测的瓶颈难题之一。针对这一难题,提出基于拉格朗日方程与Ritz级数法的滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与分析方法。以某型号五轴加工中心的两轴滚珠丝杠进给系统为具体对象,重点考虑丝杠本体轴扭方向的连续弹性体变形影响,采用拉格朗日方程建立滚珠丝杠进给系统的刚柔耦合动力学模型,并采用Ritz级数法对方程求解,得到动力学模型的数值解。利用所建立的动力学模型分析进给轴位姿对两轴进给系统固有频率和模态振型的影响,发现各阶固有频率和模态振型随进给轴位姿的变化规律与对应阶次的主导轴有关。随着主导轴进给台由固定端移动至支撑端,对应阶次的固有频率逐渐减小,对应阶次的振型中丝杠本体的弹性振动幅值逐渐增大。此外,两轴进给系统的低阶模态振型主要由承载轴主导,高阶模态振型主要由附属于承载轴的子轴主导。最后,通过模态实验对所提方法进行应用验证,证明所建立动力学模型的准确性。研究结果对数控机床轮廓误差的精准预测具有重要参考价值。     

高速滚珠丝杠进给系统参数辨识方法与实验研究

为了有效改善高速滚珠丝杠进给系统的伺服控制性能,提出对进给系统刚体和振动进行辨识的方法,设计并搭建高速滚珠丝杠进给实验平台。采用时域与频域辨识方法得到系统基础参数,通过增广最小二乘法可辨识实验平台的转动惯量、阻尼及库仑摩擦,并用卡尔曼滤波确定摩擦模型。通过正弦扫频辨识方法得出系统频响函数,并通过峰值法与最小二乘法获得实验平台的轴扭振动传递函数及频响函数。通过实验测试工作台不同位置及不同质量对系统振动特性的影响;将辨识获得的传递函数、频响函数与实验值对比,验证了模型的准确性。     

负载惯量对双驱进给系统同步误差的影响分析

以精密卧式加工中心Z向双驱进给系统为研究对象,研究两轴摩擦力不同及重心偏移的情况下负载惯量对双驱进给系统同步误差的影响。首先,根据其结构及运动特点,建立其全闭环仿真控制模型;其次,利用Matlab/Simulink软件,分析了机械系统各结构参数和速度及加速度与同步误差之间的关系;最后,通过测量MCH63 Z向双驱进给系统在S形位移曲线路径下的同步误差,将实验结果与仿真结果对比,验证了模型及仿真分析的正确性。研究结果可为双驱进给系统结构设计及同步误差补偿研究提供一定的理论依据。     

丝杠热误差自适应实时补偿分析

目前,针对机床的热误差补偿大都是由实验确定相应的数学模型来进行预测补偿。这样的方式受到了温度条件、加工条件、模型精准度等多因素的限制,使得在非实验条件下这样的方式往往失效。以机床的滚珠丝杠为例,从理论上去探究丝杠的热误差形成机制,再对其进行模拟仿真,并进行实验验证。二者对比表明:基于丝杠理论的仿真结果与实验结果基本吻合且在时间上同步,可实现热误差的自适应实时在线补偿。     

基于神经网络系统的滚珠丝杠热误差建模

在追求高精度加工的现代数控系统中,热误差的消除具有重要的意义.文章首先简述了神经网络系统的特性及训练方法,成功地将神经网络模型应用于对数控机床直线进给系统的热误差进行建模,并取得了预期的成果,使最大预测误差降低到2μm,为进一步的热误差补偿奠定了基础.详细阐述了实际建模流程,根据训练数据的具体特征提出了一种新的数据预处理方法,使这些数据能更有效地应用于模型训练,是论文的一个创新点.     

含虚拟材料结合部的高速滚珠丝杠进给系统动态特性分析

为了构建精确的滚珠丝杠进给系统结合部虚拟材料模型,提出基于多目标优化方法获取结合部虚拟材料模型参数的方法.采用分形理论建立滚珠丝杠进给系统结合部虚拟材料参数解析模型,得到结合部虚拟材料参数的初步优化区间.基于多目标优化方法,获得滚珠丝杠进给系统结合部虚拟材料模型的参数,并通过试验对此参数获取方法进行了验证.分析结果表明...     

基于滚珠丝杠传动的机床进给系统建模与分析

为了研究机床进给系统的动态特性,提升摩擦力影响下的运动控制效果,建立机床进给系统动力学模型与机电耦合仿真模型。定义基于赫兹接触理论与吉村允效法的部件结合部刚度,通过控制变量法分析进给系统一阶固有频率的影响因素,利用有限元软件对动力学模型进行验证,解释误差出现的原因。并利用PID控制加前馈控制对比分析有无摩擦补偿下的运动控制效果。结果表明：工作台质量和位置以及丝杠螺母副刚度变化对进给系统一阶固有频率影响显著;加入的前馈补偿能够有效消除因黏性摩擦产生的“平顶”、“死区”不良现象。     

双丝杠驱动直线导轨进给单元轴向刚度与有限元模态分析

双丝杠驱动直线导轨进给单元具有良好的抗振性、高系统刚度以及快速系统响应性等优点,能够有效地抑制数控机床在高速和高加减速情况下产生的振动,因此其在高速和高精类数控机床中的应用日益广泛。基于动力学相关理论,对双丝杠驱动直线导轨进给单元进行了轴向刚度建模,并基于Hertz接触理论推导了各部分的刚度计算公式;以实例计算获得了其各部分刚度的比例关系,找到了影响双丝杠驱动直线导轨进给单元的主要影响因素,获得了螺母位置与进给单元轴向刚度的关系曲线;对采用两端固定支承方式的双丝杠驱动直线导轨进给单元进行了有限元模态分析,得到了螺母处于不同位置处的固有频率和模态振型。结果表明:螺母位置是双丝杠驱动直线导轨进给单元轴向刚度的主要影响因素,当螺母位于丝杠两固定端时的各阶固有频率明显高于螺母位于丝杠中间位置时的各阶固有频率,螺母在中间位置处刚度达到最小,在实际加工过程中要尽量避免在中间位置处进行加工。     

机床进给系统滚珠丝杠轴向非线性振动分析

将机床进给系统滚珠丝杠简化为Timoshenko梁,对滚珠丝杠进行受力分析,建立滚珠丝杠的运动微分方程。采用假设模态法,对运动微分方程进行化简,得到丝杠轴向振动方程,轴向振动方程满足Duffing方程形式,轴向振动具有非线性特征。利用MATLAB对Duffing方程进行数值仿真,研究丝杠长度、激振力和阻尼系数对振动的影响,得到轴向振动的相轨迹图和截面,分析轴向振动的稳定性和周期性。相图极限环封闭,轴向振动具有两个中心型奇点分布在原点两侧,奇点对振动具有吸引作用,使系统轴向振动在奇点附近达到稳定状态,Poincare截面显示轴向振动出现混沌运动、拟周期运动或周期运动,奇点位置随振动系统参数变化,但分布情况不变化。周期性随着激振频率和阻尼系数的增大而增强。试验验证了机床滚珠丝杠进给系统轴向振动存在混沌运动。为滚珠丝杠进给系统的动态特性分析和结构参数优化提供了一定的理论基础。     

双丝杠同步控制误差建模与仿真分析北大核心

为解决双丝杠进给系统同步控制误差过大的问题,建立了双丝杠进给系统的机电耦合仿真模型,并基于模糊控制与滑模控制理论,设计了单轴模糊滑模跟踪控制器,以减小滑模控制产生的抖振现象,同时提高单轴跟踪精度以及响应速度;为解决双丝杠运行时存在的参数不匹配和耦合问题,采用模糊PID交叉耦合控制算法进行两轴间的协调控制,以提高两轴同步性,减小同步误差;最后进行了MATLAB/Simulink建模与仿真分析,仿真结果表明,在理论上能够提高单丝杠的信号跟踪精度87.09%,并且减小双丝杠两轴之间的同步运动误差86.79%。