一种液压制动机构在双摆头中的应用

双摆头为五轴联动加工中心核心功能部件,利用该部件可在一次装央定位工件后,完成全部或大部分加工工序,减少了二次装央对加工精度的影响.双摆头的央紧定位精度直接影响机床铣削的加工精度.介绍一种用在双摆头中的液压夹紧套制动机构,该机构具有定心精度高、夹紧力大、夹紧刚度高、结构紧凑、安全可靠等优点,实际应用效果很好.     

龙门铣床双摆头动力学特性实验研究

结合实验模态分析技术对龙门铣床双摆头的动力学特性进行研究。对双摆头结构进行模态测试，获取频率响应函数，并进行拟合，分析得到结构固有频率、阻尼比与振型等动力学参数；对安装在双摆头上的螺旋立铣刀进行锤击实验，获取机床-主轴-刀具系统的加速度频率响应函数，结合再生颤振理论，预测其铣削颤振稳定域。根据可视化的整机振型，提出改进机床结构的方案，并提供合理的切削参数。     

复合A/C轴直接驱动伺服系统混合灵敏度l_1速度控制

复合A/C轴摆头直接驱动环形永磁力矩电机伺服系统易受负载扰动和参数不确定性的影响,使其伺服性能大大降低。文章提出采用l1控制策略设计环形永磁力矩电机速度控制器。以混合灵敏度函数的l1范数为性能指标,通过优化控制器来最小化最坏情况下干扰所引起的峰值误差使系统具有较强的抗干扰性,同时削弱模型不确定性对系统稳定性的影响。仿真结果表明,所设计的混合灵敏度l1速度控制器使复合A/C轴摆头直接驱动环形永磁力矩电机伺服系统对负载扰动及系统参数不确定性具有较强的鲁棒性。     

高速大推力直线电机直接驱动进给系统动态性能的分析

大推力直线电机直接驱动是一种新颖的高速数控机床直线进给系统驱动方式,它将直线电机的定子和动子分别安装在机床床身和工作台上,取消一切机械传动环节,大大提高进给系统的伺服性能,但这种驱动方式对外界干扰非常敏感,机床运行过程中切削力甚至进给系统运动部件质量的变化等均是系统的直接干扰.本文根据直接驱动进给系统的控制模型,分析了系统动态刚度的计算方法和主要影响因素,提出了提高动态性能的方法.根据系统的特点,设计动态质量估计器,实现直接驱动进给系统的动态质量在线估计和补偿.对实际系统的仿真分析表明,本文提出的基于系统动态质量在线估计与补偿方法,能大大提高系统的性能.     

影响直接驱动数控转台伺服刚度的因素分析

文章以直接驱动数控转台伺服系统为研究对象,导出系统干扰输入引起的位置输出的传递函数模型,利用Matlab软件对干扰模型进行仿真,当控制系统各参数取值变化时,分析干扰模型Bode图的变化.通过bode图可以清晰的看到不同控制系统参数对系统伺服动刚度的影响规律,进而针对不同频率的外界扰动,有目标的调整特定控制系统参数可以提高系统伺服动刚度,从而改善伺服系统的性能,提高直接驱动数控转台系统的传动精度.     

液压马达对发射装置扭转冲击振动的控制

以阀控低速大扭矩液压马达驱动多管火箭发射系统的回转机构为研究对象,建立了扭转振动响应与液压马达参数的关系.通过对马达参数和扭转冲击响应的计算分析,表明增大油腔工作压力和减少不溶气体的渗入量可以提高系统的动态扭转刚度,回转机构的冲击角速度随着旁路节流阻尼孔的增大而减小;另外,增加合适的节流孔基本上不改变系统的动态扭转刚度.说明在发射系统其它参数不变的情况下,可通过调整液压马达的旁路节流孔实现对回转结构抗燃气射流冲击振动的控制.     

压电双晶片直接驱动式伺服阀的研究

提出一种利用压电陶瓷片直接驱动的伺服阀,分析了双压电晶片的静、动态特性,制造了双晶片直接驱动式伺服阀样机.该伺服阀具有高于传统电磁式伺服阀的频宽与分辨率,它的机械结构简单,抗干扰能力强.     

摆辗机螺旋线和多叶玫瑰线的三维成形轨迹仿真

具有双偏心套结构的摆辗机摆头可以实现多种运动轨迹,螺旋线和多叶玫瑰线运动轨迹形状较为复杂,为了直观显示及分析摆头螺旋线和多叶玫瑰线运动轨迹的摆辗成形过程,根据摆头运动原理,建立摆头运动方程;应用MATLAB软件,针对摆头螺旋线和多叶玫瑰线运动轨迹进行仿真模拟,分析摆头三维运动轨迹的形成及规律。研究结果可直观显示摆头螺旋线和多叶玫瑰线运动轨迹成形过程,对于运动轨迹成形过程中摆角大小、摆头受力、摆辗机运动轨迹参数的选用和成形工艺制定均具有现实指导意义。     

五坐标龙门加工中心主轴系统热特性的数值分析

根据A、C双摆头五坐标龙门加工中心的工作特点,基于热弹性力学和有限元理论,建立热力耦合变形的有限元方程.用该方程对主轴系统热特性进行数值分析,在确定内部热源、传热途径和边界条件的基础上,计算得到稳态时的主轴系统的温度场分布和热变形值,并对结果进行评价,为A、C双摆头主轴系统的设计提供技术支持.     

单、双丝杠驱动进给单元建模和有限元模态分析

以单、双丝杠驱动进给单元为研究对象,采用三维绘图软件Pro E建模,利用有限元分析软件ANSYS workbench对其进行模态分析,得出了单双丝杠驱动进给单元的前6阶固有频率,并对其进行了对比分析研究,研究结果表明:双丝杠驱动进给单元各阶固有频率明显高于单丝杠驱动进给单元,因而可以知道双丝杠驱动进给单元的刚度较单丝杠驱动进给单元的刚度会有明显地提升,进一步分析双丝杠间距对固有频率的影响,对于提高机床整体的动态性能具有重要指导意义。     

基于有限元法的数控铣床双摆铣头振动特性分析

双摆铣头是数控机床的重要部件之一,工作中承受铣削力和驱动力等载荷的作用.其工作性能,对机床的加工精度、零件表面质量和生产效率影响很大.本文基于UG平台建立了双摆铣头的CAD模型,将CAD模型导入到ANSYS平台中,通过分析载荷边界条件,建立双摆铣头的力学分析模型;然后进行双摆铣头在2种极限工况下的模态分析,获取其固有频率和对应的振型;进而计算出结构在不同频率下的响应曲线.基于响应曲线,分析峰值频率对应的应力与变形,找到双摆铣头发生共振的频率范围,以实现高精度的铣削和刀具的长寿命.     

直驱式双摆铣头热结构耦合分析研究

双摆铣头在工作中承受铣削力和驱动力等载荷的作用.其整体结构的温度场分布对机床的加工精度、零件表面质量和生产效率影响很大.文章基于UG平台建立了双摆铣头的A轴CAD模型,将模型导入到ANSYS平台中,通过分析部件之间的连接关系,确定A轴的结构热源、对流条件和约束边界,进而确定A轴结构的相关力学参数,建立A轴力学分析模型;然后进行对A轴进行结构-热耦合分析,获取A轴内部温度场分布,将温度场分布结果作为A轴结构分析的输入条件,进行A轴热变形和热应力分析,获取A轴最大的热变形和热应力位置,为结构设计及电机周围冷却液循环系统设计提供设计依据.     

Capto C6主轴/刀柄接口扭转刚度特性

Capto刀柄与HSK刀柄均为高速数控机床配套使用的刀柄,其动静态刚度、可靠性、安全性等直接影响到被加工零件的质量和加工效率,这两类高速刀柄和主轴接口在工况下的扭转变形是影响整个主轴-刀柄系统刚度及其性能的重要指标。文章运用有限元分析方法分析了两种刀柄在相同过盈量、扭矩等情况下和主轴接口的刚度特性及其规律,研究结果为合理选型高速刀柄提供理依据。     

A high performance tilting platform driven by hybrid actuator

Multi-axis controlled machine tools require a tilting rotary table or a tilting spindle head. In order to realize an ultraprecision multi-axis machine tool, it is an important issue to develop a high performance tilting platform. This paper presents a newly developed hybrid actuator-driven tilting platform. The hybrid actuator is constructed by integrating a pneumatic rotary actuator and a couple of voice coil motors. Performance evaluation results confirm that the platform provides high precision and high torque motions.     

A study on the development of a multi-purpose spindle system for quality productive machining

A compact multi-purpose spindle for multi-tasking machine tools has been developed such that it can provide high power and torque for lower speed ranges while it rotates at high speeds for light duty machining. The innovative design based on the dual direct drive concept has been adopted such that the size of the spindle can stay the same as a conventional spindle of its class. For optimizing the design process, a method based on the complete virtual approach using 3D solid models has been studied and developed. Machining performance has been verified through a physical prototype.     

In-process digital twin estimation for high-performance machine tools with coupled multibody dynamics

Direct drive rotary and linear actuators significantly enhance the performance of multi-axis machine tools. The absence of mechanical gearing, however, increases the nonlinear dynamic coupling between the axes, making it challenging to identify accurate virtual models or so-called ‘digital twins’. This article presents a new approach to estimate nonlinear multivariable dynamic models non-intrusively, using in-process CNC data. Major influences, such as multi-rigid body motion, actuator force/torque ripples, nonlinear friction, feedforward/feedback control, and vibration modes, are systematically detected and identified. The new method is demonstrated in digital twin estimation for a 5-axis laser drilling machine.     

基于影响系数法的主轴在线动平衡实验研究

针对高速机械主轴动不平衡、振动等原因对主轴加工精度造成破坏等问题,采用影响系数法对主轴进行在线动平衡。搭建实验平台,应用电磁驱动式平衡装置,通过机械主轴在不同工作转速下的动平衡效果,找到了主轴共振转速,主轴经过临界转速进入了柔性工作状态,采用了双面影响系数法在线动平衡方法,通过水平和垂直方向同时检测主轴振动,客观表达主轴振动状态。实验结果表明:双面影响系数法平衡精度明显高于单面影响系数法,主轴振幅降低显著,平衡效率提高。影响系数法在线动平衡实验为高速机械主轴在线动平衡调控提供了依据。     

基于传递矩阵法的滚刀主轴动态特性分析

机床主轴的动态特性直接影响机床的加工质量、效率和稳定性。针对直驱式滚刀主轴的结构特点,应用传递矩阵法对该主轴系统中各个典型单元的状态进行了数学描述,并建立了该主轴系统的传递矩阵方程。通过Matlab编程求解出系统的固有频率和切削点的振幅,并着重分析了该主轴系统的主要设计参数对系统动态性能的影响规律,为主轴系统动态设计及优化提供了理论依据。     

基于多体动力学的折边机电机选型及实验验证

为保证数控折边机所用驱动电机能正常工作又不存在性能浪费,根据驱动轴的运动学、动力学特性,提出一种全面、准确、实用的电机选型方法。针对一款数控折边机,采用多体动力学仿真软件ADAMS建立其多体动力学模型。根据七段式S形加减速曲线,利用MATLAB对数控折边机的模尖进行运动规划,结合运动规划和ADAMS建立的多体动力学模型得到驱动轴的转速和负载扭矩。从峰值转速、扭矩、热平衡、惯量匹配及扭矩转速特性曲线四方面进行电机选型,并进行实验验证。结果表明：所提方法在保证折边机工作效率的同时能充分发挥电机性能。     

High speed CNC system design. Part II: modeling and identification of feed drives

Accurate modeling and identification of the feed drives' dynamics is an important step in designing a high performance CNC. This paper presents a method for identifying the dynamic parameters, as well as the friction characteristics of machine tool drives. The inertia and viscous friction are estimated through an unbiased least squares scheme. The friction model is developed by observing the disturbance torque through a Kalman filter, while jogging the axes under closed loop control at various speeds. The overall axis model is used in designing a high speed feed drive control system, which has been presented in Part III of this paper. As verification of the identified friction model, contouring test results without and with friction compensation are also presented.