Research on the Micro-Motion Machine with High Frequency and Long Travel

介绍了高频响大行程微位移机构研究的背景、结构特点、闭环系统的设计,以及在非圆截面零件数控车削中的应用。解决高频响与大行程之间的矛盾是设计微进给装置的关键。笔者采用永磁动圈式直线电机的方式成功地解决了这一矛盾,并在此基础上采用先进的控制策略构成闭环系统,解决了高精度跟踪正弦信号的问题。以此闭环系统为核心设计开发了以加工内燃机活塞及其立体靠模为应用背景的非圆截面零件数控车削系统。该系统现已通过了工厂72 h考核,成为了正式产品,为实现非圆截面零件高效、柔性、自动加工做出了贡献。     

直线电机微进给机构的研究

微进给机构的频响和行程量对矛盾，介绍了一种高频响大行程的微进给机构，其关键部件为自行研制的直流直线电机，介绍直线电机的结构，给出了它的动力学模型，并对模型进行了分析和简化，在此基础上，进行 微查给机构闭环特生分析及控制器综合。性能实验结果表明，该微进给机构同时具有频响高、行程大和精度主的特点。     

一种宏微双重驱动精密定位机构的建模与控制

提出一种宏微双重驱动精密定位机构,采用高性能直线电机直接驱动宏动平台,实现系统大行程微米级精度定位;安装在宏动平台上的压电陶瓷驱动微动平台,实现纳米级的分辨率和定位精度,以高频响动态补偿系统的定位误差;采用精密光栅尺反馈微动平台输出端的位置信号,实现定位机构的全闭环反馈控制。在分别建立宏动、微动、宏微机构模型的基础上,提出复合型宏动控制和模糊自校正PID微动控制的宏微控制策略。实验研究表明:系统的动态和稳态性能良好,该定位机构的最大工作行程100 mm,稳定时间小于40 ms,重复定位精度10 nm。     

电磁驱动微进给机械的研究

介绍了一种电磁式微进给驱动机构，并进行了动态特性分析，在其闭环控制系统中，用自学习控制方法自动调节系统各环节的传递参数，使微进给机构获得较高的频响与进给精度及较大的微进给行程范围。     

电磁驱动微进给机构的研究

介绍了一种电磁式微进给驱动机构，并进行了动态特性分析。在其闭环控制系统中，用自学习控制方法自动调节系统各环节的传递参数，使微进给机构获得较高的频响与进给精度及较大的微进给行程范围。     

高频响大行程微位移机构的研究

介绍一种在高精度下兼有高频响和大行程特性的微位移装置。该微位移装置的单项性能指标达到行程２ｍｍ，频响４００Ｈｚ，精度０．３μｍ。这种微位移装置特别适合于非圆截面零件的数控车削。     

柔性铰链的微动平台设计

根据高性能直线电机直接驱动宏动平台和宏/微双重驱动精密定位机构的要求,基于柔性铰链设计微动平台,实现大行程纳米级别的分辨率和定位精度;微动平台采用压电陶瓷驱动,安装于宏动平台上;整个宏/微系统采用精密绝对光栅和精密增量光栅二级位置检测以解决大行程和高分辨在检测上的矛盾问题,以此为位置反馈实现闭环控制。在平台结构设计的基础上建立系统质量刚度动力学模型,分析平台在阻尼垫块不同的情况的稳定性能。     

超精密车床进给系统两座标双重定位技术

超精密车床进给系统普遍存在大行程与高精度之间的矛盾,研制出动、静态特性好、行程大、精度高的进给系统是当前超精密加工亟需解决的关键技术之一。本文提出了一种新原理及实现方法,即综合利用计算机、动态检测、信号处理、控制理论、传感器、微位移技术等,将精确进给量分解成主进给量和补偿进给量两部分,分别进行协调连续控制。从而解决大行程与高精度之间的矛盾。利用该技术,能使普通进给系统定位精度提高十多倍,同时又大大扩大了进给微系统的行程。     

超精密车床进给系统两座标双重定位技术

超精密车床进给系统普遍存在大行程与高精度之间的矛盾,研制出动、静态特性好、行程大、精度高的进给系统是当前超精密加工亟需解决的关键技术之一。本文提出了一种新原理及实现方法,即综合利用计算机、动态检测、信号处理、控制理论、传感器、微位移技术等,将精确进给量分解成主进给量和补偿进给量两部分,分别进行协调连续控制。从而解决大行程与高精度之间的矛盾。利用该技术,能使普通进给系统定位精度提高十多倍,同时又大大扩大了进给微系统的行程。     

基于叠片式柔性铰链和压电陶瓷电动机的大行程直线驱动导轨设计

提出了一种叠片式柔性铰链导轨工作台,可以在保持柔性铰链微位移工作台高直线度的前提下,大幅度提高行程,同时还保持了柔性铰链微位移工作台无机械爬行现象的优点。采用压电陶瓷电动机作为叠片式柔性铰链工作台的驱动器,压电陶瓷电动机应用超声波驻波或行波驱动,具有定位精度高、行程大、频响高等优点,驱动分辨率可达20nm以下。     

高频大位移微进给直线伺服刀架系统的研究

介绍用于非圆截面零件车削的刀架系统。该刀架系统主要由直线电机驱动，以８０９８单片机为主控制器，采用软件技术实现ＰＩＤ控制参数的智能化自动整定，实现高频响、大位移、微进给的完美统一。     

非圆截面数控车削技术研究

针对非圆截面加工中需要解决的问题,提出了一种基于直线电动机的刀具高速摆动加工机构,对机构进行运动学分析,实现刀具恒切削角度加工.采用PMAC(Programmable multi-axis controller)时基控制法,实现刀具进给和工件旋转的协调控制,完成非圆截面的自动车削.该方法在非圆截面数控车床中得到了应用.结果表明,非圆截面加工精度和效率得到了提高.     

基于自抗扰控制的变速非圆车削技术研究

为了抑制非圆截面工件加工时的颤振,将变速加工应用于非圆截面车削中,设计了变速车削系统结构,分析了变速车削抑制颤振、提高稳定性的机理,设计了适于变速非圆车削的直线伺服单元,单元控制采用自抗扰控制技术.车床控制系统采用PMAC(Programmable multi-axis controller)时基控制法,实现刀具驱动进给和工件变速旋转的协调控制,完成非圆截面的变速车削.结果表明,直线伺服单元能很好地跟踪刀具目标值,非圆截面车削加工精度和稳定性得到了提高.     

数控机床高精度轨迹控制的一种新方法

针对数控技术和装备向高速高精度发展的需求,研究开发了一种新的高精度轨迹控制技术。其核心内容是以高频高分辨率采样插补生成刀具运动轨迹,通过新型转角—线位移双位置闭环控制保证希望轨迹的准确实现,并以信息化轨迹校正消除机械误差和干扰对轨迹精度的影响,从而保证所控制的机床可在生产环境中长期高精度运行。由此构成的新型数控系统已在多种国产数控机床上进行了应用,取得了良好效果。     

三坐标数控磨床加工直纹面的刀位计算

提出一种用三坐标数控磨床加工直纹面的刀位计算方法,这种方法利用基于曲面的“点－向量”（point-vector)法用一系列小平面逼近直纹面,通过将工件坐标系旋转和平移使这些小平面依次与砂轮表面重合,然后对相关节点和矢量进行坐标变换,可以计算出床床的3个轴在相应位置的绝对坐标和相对坐标,应用这种方法,作者成功地解决了一个实际工程问题。     

Real-Time Prediction of Workpiece Errors for a CNC Turning Centre, Part 1. Measurement and Identification

This paper analyses the error sources of the workpiece in bar turning, which mainly derive from the geometric error of machine tools, i.e. the thermally induced error, the error arising from machine–workpiece–tool system deflection induced by the cutting forces. A simple and low-cost compact measuring system combining a fine touch sensor and Q-setter of machine tools (FTS FQ) is developed, and applied to measure the workpiece dimensions. An identification method for workpiece errors is also presented. The workpiece errors which are composed of the geometric error, thermal error, and cutting force error can be identified according to the measurement results of each step. The model of the geometric error of a two-axis CNC turning centre is established rapidly based on the measurement results by using an FTSFQ setter and coordinate measuring machine (CMM). Experimental results show that the geometric error can be compensated by modified NC commands in bar turning.     

数控机床的经济化高精度控制

为实现低成本高精度自动化加工,提出了数控机床的经济化高精度控制方法和基于该方法的闭环驱动控制系统。由此构成的新型数控机床,其成本与普通经济型数控机床相当,但却具有高档全闭环数控机床的加工精度。数十例实际应用证明,这种新型机床在复杂精密零件加工方面具有良好效果。     

并联机床数控加工碰撞干涉检验算法研究

由于并联机床与通用数控机床在结构上差别较大 ,因此在开发与其配套的CAD/CAM系统时 ,考虑到并联机床的结构特点 ,针对哈尔滨工业大学研制的并联机床BJ -30的结构形式 ,提出了并联机床的数控加工碰撞干涉检验算法。该算法较好地解决了刀具过切、少切 ,以及动平台与工件、刀具夹具与工件的碰撞等数控加工中较难解决的问题。仿真结果证明了该算法具有运算速度快、检验效率高等优点     

基于频率分析的高速车削加工精度机理分析

在建立了车削模型的基础上,推导出了工件—刀具—机床系统的传递函数。以具有椭圆误差的工件为例,从频率分析的角度剖析了切削精度提高的机理,根据滤波器特性进一步解释了误差复映的规律。增大系统的刚度和阻尼可以有效改善系统幅频特性,提高工件转速能够有效地消除被加工工件的大周期误差。