高档数控机床中永磁直线同步电机驱动系统关键技术分析

直线电机驱动系统具有高推力、高速、高精度、平滑进给运动等特性,在高档数控机床上的应用越来越多。极大地提高了高档数控机床进给系统的快速反应能力和运动精度。分析了永磁直线同步电机在高档数控机床应用中的一些关键技术问题。     

永磁直线进给系统多柔性体机电耦合动力学特性分析

针对高精度数控机床直接驱动进给系统动力学特性易受机械部件弹性变形、电气系统控制参数影响的特点,从机电耦合角度出发,用有限元法将永磁直线进给工作台进行柔性化,应用拉格朗日-麦克斯韦方程建立直线进给系统多柔性体的机电耦合模型。结合有限元分析软件ANSYS、动力学仿真软件ADAMS建立直线进给系统多柔性体的机电耦合仿真模型,并对系统进行动力学仿真分析和实验验证。结果表明,工作台柔性化更接近真实的工作情况;电气控制参数对系统动力学特性有显著影响。直线进给系统多柔性体机电耦合模型的建立可为直接驱动系统结构优化设计提供依据。     

永磁同步力矩电机转矩波动分析建模研究

永磁同步力矩电机以其高转矩密度、响应快速、无中间传递环节等特点,在数控机床和仿真转台等需要直接驱动、运行平稳、快速响应和高精度的控制系统中得到了越来越多的应用。但其转矩的波动对系统产生了很大的影响,降低了控制精度。首先对永磁同步力矩电机的工作原理进行分析,建立在不同坐标系下的数学模型。然后借助MATLAB/Simulink和基于SVPWM的直接转矩控制对系统各子环节进行建模分析,最后将分析结果与实验结果进行对比,得到了理论与实际相一致的结果。     

基于FPGA的多轴永磁同步电机驱动控制系统设计与实现

针对多个永磁同步电机一体化驱动控制的需求,开发了一种以FPGA和智能功率模块为基础的控制驱动系统,包括绝对编码器读取、电流读取、矢量控制和PWM波发生等模块,并在NIOS II软核中编制了相关的控制程序,可以实现同时对4个永磁同步电机的闭环控制.进一步对系统的执行时间和电流环、速度环控制进行了实验验证,证明了系统的实用性和高效性.     

新型混合励磁磁悬浮进给平台的解耦控制研究

针对数控机床进给平台存在的摩擦问题,提出一种基于混合励磁直线同步电机的新型磁悬浮进给平台的结构及运行原理。该磁悬浮进给平台推进系统和悬浮系统共用一个气隙磁场,电磁推力和法向力存在磁力耦合现象。对混合励磁直线同步电机的电磁推力和法向力进行了数值分析及有限元验证;建立了系统相应的状态方程和输出方程,并对系统进行了解耦控制。仿真结果证明:采用输入变换结合状态反馈可以实现电磁推力和法向力的完全解耦,有利于提高进给平台运动的平稳性及定位精度。     

数控设备维修与改造技术 第二讲 西门子数控系统简介(下)

第三部分 常用驱动系统简介一、驱动系统的分类数控机床的驱动系统主要有两种,即进给驱动系统和主轴驱动系统。从作用看,前者是控制机床各坐标的进给运动,后者是控制机床主轴旋转运动。驱动系统的性能,在较大程度上决定了现代数控机床的性能。数控机床的最大移动速度、定位精度等各项指标主要取决于驱动系统及CNC位置控制部分的动态和静态性能。驱动系统与CNC位置控制部分构成位置伺服系统,伺服系统离开了高精度的位置检测元件,也满足不了数控机床的要求。检测元件的作用是对被控位置量进行不断地检测,反馈到CNC的位置环。例如工作台前后、左右及旋转运动,主轴箱上下移动等。在数控机床上,不仅对单个轴的运动速度和精度的控制有严格要求,而且在多轴联动时还要求各坐标轴有较好的动态配合。     

直接驱动进给系统模糊推理自校正控制的研究

直线电机驱动的进给系统是实现数控机床进给高速化的新形式。但加工过程中切削力会对系统造成直接干扰 引起系统不稳定和定位精度下降。介绍一种离线模糊推理、在线自校正的控制方法,可以提高系统的抗干扰能力。     

机床用永磁同步电机预测电流控制方法研究

近年来,随着数字信号处理器和先进控制理论的发展,模型预测控制得到越来越多的关注和应用。针对数控机床用永磁同步电机常规单矢量模型预测直接电流控制方法存在电流谐波较大的问题,基于两电平电压源逆变器的基本电压矢量构造了6个虚拟电压矢量,并基于所构造的虚拟矢量建立了扩展电压矢量集。然后,设计了一种基于扩展电压矢量集的永磁同步电机预测电流控制方法。与常规的单矢量法相比,所提方法可明显降低电流的谐波,改善永磁同步电机的稳态控制性能。仿真和实验结果均验证了该方法的有效性,能够为同步电机在数控机床或相近的应用场合提供较好的理论支撑。     

数控机床用直线电动机的选型及分析

结合高速切削需求,详细阐述了高速数控机床选用永磁直线同步电动机(PMLSM)的计算和校验过程,并分析了选型过程中应该注意的事项.直线电动机不经过任何机械转换装置直接产生直线运动,提高了驱动系统的进给速度、加速度、刚度和定位精度,而且结构简单,噪声低,无直接机械磨损,故其在高速度、高精度数控机床进给驱动系统中的应用日益广泛.     

数控机床用直线电动机的选型及分析

结合高速切削需求，详细阐述了高速数控机床选用永磁直线同步电动机（PMLSM）的计算和校验过程，并分析了选型过程中应该注意的事项。直线电动机不经过任何机械转换装置直接产生直线运动，提高了驱动系统的进给速度、加速度、刚度和定位精度，而且结构简单，噪声低，无直接机械磨损，故其在高速度、高精度数控机床进给驱动系统中的应用日益广泛。     

精密数控螺母磨床用小型直驱数控回转工作台设计

采用直驱技术制造回转功能部件目前已经成为国际机床产业的发展趋势,针对目前精密数控螺母磨床用回转工作台多采用蜗轮蜗杆传动,其结构复杂,精度不高,设计了直驱数控回转工作台,包括整体机械结构设计,电动机选型及液压夹紧系统设计.系统采用高精度力矩电动机直接驱动工作台进行运转,通过带集成角度测量系统的推力/向心轴承支承整个工作台面,并且通过液压夹紧装置完成了工作台的夹紧与松开动作.该工作台结构简单紧凑,取消了中间的传动环节,有效的提高了测量精度,为实现精确的自动分度,扩大数控机床加工范围提供了有参考价值的加工手段.     

基于激光干涉仪的旋转轴误差快速检定方法

为了提升五轴数控机床各旋转轴精度,解决旋转轴几何误差难以测量的问题,提出了一种基于激光干涉仪的旋转轴几何精度快速测量方法。该方法针对AC双转台和BC摆头转台的结构特性,采用旋转轴与直线轴联动的测量技术,可以避免传统测量方法对旋转轴中心的依赖性,推导了测量中直线轴转角误差与直线度对旋转轴几何误差约束关系,在保证精度的同时减少了测量过程中的设备安装调试时间,实现了五轴机床旋转轴转角误差、重复转角误差以及反向间隙的快速测量和补偿。对实际五轴机床AC双转台几何精度进行检定,提高了旋转轴的几何精度,实验证明该测量方法具有很强的工程应用价值。     

机械传动部件扭矩反馈效应的研究

本文以数控机床进给驱动系统为例,从理论分析、数值分析和实验分析三方面论述了机械传动部件的扭矩反馈效应,从而为机床进给驱动系统的设计、分析和控制提供了这方面的科学依据。     

A sample construction method in kinematics characteristics domain to identify the feed drive model

The modeling accuracy of feed drive is mainly affected by two factors: the accuracy of model form and the completeness of sample data which is used to identify the parameters of the established model form. One of the main works of this study is to construct the experimental trajectories which are used to obtain the sample data. Different from the trajectories selected based on the researcher's experience in previous literatures which lacks theoretical evidence to confirm the completeness of the sample data, in this paper, a reverse construction method of experimental trajectory is proposed based on the required sample data. First, the completeness of sample data is analyzed, and the samples are generated by using the Hammersley sequence method. Then, the experimental trajectories are derived. In addition, considering that the data of the feed system has temporal correlations between the adjacent motion states in time sequence, this study made some improvements on the modeling framework composed of the first-principle model and machine learning model. The experiments conducted in the actual feed drive system showed that the maximum prediction error of the tracking error is 7.8%, which confirmed the effectiveness of the designed trajectories and the high accuracy of the proposed model. Furthermore, the advantage of the proposed trajectory is confirmed by the comparison experiment. At the same time, the same trajectories are used to train different model forms to verify the advantage of the proposed model. The proposed feed drive modeling method can be used for designing a high-performance feed drive control system or compensating errors when generating motion commands, thereby improving the machining accuracy of machine tool.     

Geometric error modeling and compensation for large-scale grinding machine tools with multi-axes

Synthesis modeling of a geometric error-based traditional method for large-scale grinding machine tools with six axes is too complicated to perform in a real-time compensator with a built-in position control system, and it is difficult to obtain all of the error elements corresponding to the model. This paper proposed a novel strategy in which a machine may be considered as translation axes and rotary axes, and geometric errors of the translation axes and rotary axis are modeled and the geometric error models of the machine are very simple for real-time error compensation. The volumetric errors of the translation axes are measured using spatial circular curve ball bar test, and every element of the rotary axis is also obtained by a series of considerate ball bar tests. According to the characteristics of a position controller used in the machine, a synthesis error compensation system based on the NUM numerical control system was developed. Error compensation experiments were carried out, and the results show that the accuracy of the machine is improved significantly.     

面向大型机床再制造的进给系统动态特性

大型机床进给系统的再制造必须考虑大型部件的空间分布特性对进给系统动态响应的影响。针对某大型铣齿机床,采用分布参数建模方法描述细长滚珠丝杠副的传递子系统,采用集中参数建模方法描述交流伺服驱动子系统和工作台驱动子系统,并通过转速关系将3个子系统耦合起来,形成进给系统的分布集中参数模型。通过理论模型仿真与试验结果比较,证明建立的分布集中参数模型符合物理系统的真实性,能够准确地描述大型机床进给系统的动态响应特性。在此基础上进一步讨论不同分布特性影响下,分布集中参数模型和单纯集中参数模型动态响应的变化,结果表明,两种模型的动态响应差异会随着系统惯量的变化而改变,这为大型机床进给系统的设计、控制提供了参考依据。     

某数控雕铣机进给传动系统建模与仿真

进给传动系统的性能对数控机床的跟踪及定位精度、加工表面质量等有着重要的作用。针对某数控雕铣机的进给传动系统,提出了一种分析建模的方法。依据机械动力学原理建立了机床进给传动系统的数学模型,利用Matlab中的Smulink对其动态响应性能进行仿真,然后将线性和非线性仿真曲线进行对比,结果发现非线性因素对传动性能有较大影响。通过仿真结果可对其进给传动性能进行研究,以便对机床的参数进行调整。所得结论为该数控雕铣机进给系统的优化设计提供了理论支持。     

考虑控制电信号中间量的机床运动控制误差数据驱动建模方法

现有数据驱动的机床运动控制误差建模方法通常使用端到端的模型,即通过机器学习算法直接构建参考轨迹信息(速度、加速度等)与伺服误差之间的模型,以降低建模复杂度。然而,该方法忽视了控制电信号对运动控制系统非线性扰动的反映,而导致建立的模型精度受限。为解决此问题,提出了一种使用控制电信号作为中间量的数据驱动运动控制误差建模方法。该方法采集参考轨迹信息(速度、加速度、急动度等)、控制电信号、跟踪误差以及构造的换向特征,构建并训练基于参考轨迹信息的控制电信号预测网络,以及基于电信号和参考轨迹信息的运动控制误差预测网络,利用控制电信号这一中间量有效反应系统所受非线性扰动的特点,实现了高精度的运动控制误差数据驱动建模。在实际验证测试时,将参考轨迹信息输入电信号预测网络,而后将得到的预测控制电信号和参考轨迹信息输入跟踪误差预测网络,即可实现运动控制误差的预测。通过实验对所提出的建模方法进行了验证,所提出方法相对于传统的端到端建模方法,运动控制误差的预测精度在X轴和Y轴分别提升16.33%和20.42%,误差补偿后运动控制轮廓精度相较于未补偿提升85.59%,验证了所提出方法的可行性。     

基于PMAC时基控制的椭圆形零件的高速精密磨削

文章就实现椭圆形零件的高速高精密磨削的问题,提出了采用PMAC时基控制的实验方法.用开放式控制器PMAC对机床高速进给单元及电主轴进行控制,并以此集成了一套磨床数控系统.以磨削椭圆形零件为例,在此磨床上进行了椭圆形零件的磨削加工,得出了良好的实验结果,为解决非圆零件精密磨削提供了一种实用方法.     

几种数控机床回转进给机构的传动形式

以五轴加工中心的第四轴和第五轴回转进给机构为研究对象,介绍了几种常用的数控机床回转进给机构的传动形式;对蜗杆蜗轮和凸轮等机械传动结构的传动形式、结构特点和消隙方法进行了对比和分析;指出了直接驱动技术在数控机床回转进给机构设计中的关键技术和难点;针对双摆角数控万能铣头和数控转台等回转进给机构的不同特点,阐述了各传动机构在...