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.     

直线型超声电机在机床进给系统中的应用

文章简要比较了直线电机驱动和传统滚珠丝杠机床进给驱动的优缺点及直线电磁电机存在的问题;详细介绍了直线超声电机的运动机理,直线型超声电机相对于电磁式直线电机的优点和直线型超声电机的国内外发展和研究现状;并综述了直线型超声电机在机床进给系统中的应用研究现状.     

直线电机进给驱动技术在数控机床上的应用

简述了直线电机工作原理及其驱动技术,并且举例说明了直线电机直接驱动与传统数控机床"旋转伺服电机+滚珠丝杠"的传动方式对比具有的巨大优势.介绍了直线电机进给驱动技术在数控机床上的几个应用实例,指出直线电机进给驱动技术将是高速数控机床未来发展的方向.     

神经网络在直线电机进给系统建模中的应用

获取直线电机伺服驱动系统的非线性模型，对这种先进的进给系统的广泛应用有着重要的意义。在对非线性模型建立方法分析的基础上，应用Levenberg-Marquardt优化策略，对前馈BP神经网络建模过程进行了推导。并利用试验获取的^数据，以直接辨识的方式，运用推荐的算法建立了某类型直线电机运动平台的非线性闭环系统模型。在模型的基础上仿真了运动系统的阶跃响应。由响应曲线表明，所获得的模型与实际工况中的系统很相符。     

直线电机工作台垂直刚度的有限元分析

直线电机进给单元是高速数控机床的一种新型进给系统。其进给运动是由安装在工作台和床身之间的直线电机直接驱动实现的,具有进给速度高、加速度大、响应速度快、定位精度高等特点,由于工作台垂直方向除了切削负荷和自重以外,还要承受巨大的电磁吸力,而直线电视初级和次级之间的垂直间隙极小,故工作台的垂直刚度就特别重要。本文用有限元法对高速机床工作台的垂直刚度进行了分析研究,同时结合研究工作,还介绍了有关有限元三维     

基于模糊推理自校正控制的直接驱动进给系统稳定性分析

直线电机直接驱动进给系统是实现数控机床进给高速化的主要形式，但加工过程中切削力甚至运动部件质量的变化都是系统的干扰，易引起系统不稳定和定位精度下降。离线模糊推理、在线对控制系统实现自校正的控制方法能提高系统的抗干扰能力，并具有良好的实时性。为了研究系统的稳定性，本文介绍了这种基于模糊推理自校正控制的直接驱动进给系统稳定性分析方法，为同类系统设计提供理论参考。     

超精密大行程滚珠丝杠进给系统设计与实验研究

针对单级驱动系统难以同时实现大行程与超精密定位的问题,设计一种基于滚珠丝杠与液体静压导轨的超精密大行程进给系统实验台。无框式直驱电机通过胀紧套直接与滚珠丝杠联接,实现类似于直线电机的“零传动”,采用纳米级分辨率光栅尺实时检测运动部件的位移。实验结果表明：通过G代码补偿、摩擦补偿、提高PWM频率、降低干扰等方式,可以提高系统的定位性能,进给系统在180 mm的有效行程内可以实现103 nm定位精度和8 nm运动分辨率。     

基于直接驱动的数控加工中心设计与静态性能分析

分析了直接驱动方式对机床结构的主要要求,介绍了一种适合于直接驱动的加工中心方案,以及电主轴、直线电机直接驱动进给系统的设计方法,对加工中心的主要结构部件进行了优化设计,利用有限元方法对整机进行了静态特性分析,分析结果表明,整机具有较好的静态性能.     

进给平台永磁直线磁悬浮电动机的电磁力特性研究

针对数控机床进给平台的摩擦问题,提出采用永磁直线磁悬浮电动机来实现无摩擦进给。给出磁悬浮进给平台的结构以及进给平台的运行原理。该进给平台采用永磁直线磁悬浮电动机驱动,永磁直线磁悬浮电动机的动子上有两套绕组,一套绕组用于产生电磁推力,另一套绕组用于产生可控的磁悬浮力。采用Maxwell应力张量法推出了电动机的电磁推力和悬浮力的数学模型。用Ansoft对电磁推力和磁悬浮力进行了有限元分析,证明了采用永磁直线磁悬浮电动机实现直接驱动和无摩擦进给的可行性。     

用于直接驱动机床主轴的大推力圆筒型永磁直线电机的研究

根据机床主轴进给性能指标的要求,计算圆筒型永磁直线电机的主要尺寸参数,然后通过有限元分析对电机的输出性能进行优化。最后设计基于各相独立电流环控制的控制方案,完成机床主轴直线电机进给系统的总体设计。设计的大推力圆筒型永磁直线电机能实现机床主轴的直接进给驱动,具有效率高,精度高,动态响应快等优点。     

直线电机在高速数控车削中心进给系统中的应用

直线电机驱动系统已成为高速机床驱动的新趋势。以ADG15M高速数控车削中心的x向直线电机选择为例,详细阐述直线电机的型号选择和参数校验过程,并分析选型过程中应该注意的事项。     

多电机驱动的双辊夹持旋压成形装置的机电联合仿真

在MATLAB/Simulink中建立了多电机驱动的双辊夹持旋压成形装置进给驱动系统的Simulink仿真模型,包括三环控制的数学模型,整定了电流环增益与速度环增益,并将ADAMS中的机械系统输出到MATLAB的Simulink平台中,进行双辊夹持旋压成形装置的机电联合仿真并进行控制系统参数优化的探讨。     

直线电机机伺服进给系统及其关键技术问题

介绍了直线电机的发展历程以及在高速精密机床上应用直线电机伺服进给系统的进展情况,讨论了直线电机伺服进给系统的一些关键技术问题。     

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。     

Investigation on the displacement fluctuation of the linear motor feed system considering the linear encoder vibration

Optical linear encoder is generally adopted to realize the full-closed loop control for the linear motor feed system. Its reading head installed on the worktable may vibrate as a result of the excitation of disturbance harmonics, which leads to the encoder's error. This study aims to investigate the mechanism of displacement fluctuation due to the encoder's error caused by the worktable vibration in the linear motor feed system. The vibrating modes of feed system are analyzed firstly, and then the influences of three torsional vibrations on encoder's errors are investigated. The transfer function between disturbance and output response is proposed to analyze the influence of encoder's error on the displacement fluctuation. The relationships among vibration, encoder's error, thrust harmonic and displacement fluctuation are discussed in detail. The results show that the encoder's error can produce obvious displacement fluctuation for the linear motor feed system, which is actually an electromechanical coupling process due to the direct drive and full-closed loop control. Finally, three effective measures are put forward to diminish the system displacement fluctuation.     

基于MATLAB/Simulink的机床进给传动系统建模仿真

根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软件中的动态仿真工具Simulink构建了直流电机驱动进给传动系统的仿真模型，获得了反映系统性能的仿真曲线。对仿真结果及传动精度进行了分析，并给出了提高传动系统性能的措施。为机械传动系统的设计、参数的选择以及性能的改进提供了理论依据。     

Adjustment of CNC machine tool controller setting values by an experimental method

This paper presents an adjustment technique on controller setting values in CNC machine tools by measurement of servo induced feed drive errors. At high feed rate operations of CNC machine tools, servo induced errors are usually dominant and large compared with geometric errors. For measurement of the servo induced errors, an experimental equipment which incorporates two linear displacement sensors and a steel cube was developed, and servo feed drive errors were evaluated along a square corner test path. Based on evaluations of servo feed drive errors with different combination of parameters in machine control system, optimum setting parameters were found. The measuring equipment and optimisation method are described.     

Thermal error analysis for a CNC lathe feed drive system

The development of high-speed feed drive systems has been a major issue in the machine tool industry for the past few decades. The resulting reduction in the time needed for tool changes and the rapid travel time can enhance productivity. However, a high-speed feed drive system naturally generates more heat and resultant thermal expansion, which adversely affects the accuracy of machined parts. This paper divides the feed drive system into two parts: the ball screw and the guide way. The thermal behavior model for each part is developed separately, in order to estimate the position errors of the feed drive system caused by thermal expansion. The modified lumped capacitance method (MLCM) and genius education algorithm (GEA) are used to analyse the linear positioning error of the ball screw. Thermal deformation of the guide way affects straightness and introduces angular errors, as well as affecting linear positioning. The finite element method is used to estimate the thermal behavior of the guide way. The effectiveness of the proposed models is verified through experiments using a laser interferometer.