KDP晶体超精密加工机床主轴系统模态分析

KDP晶体超精密加工机床的加工精度与主轴系统的振动存在着密切的联系。为了解决KDP晶体超精密加工机床的加工稳定性差、精度难以保证的问题,利用ANSYS Workbench软件建立了主轴系统的三维有限元模型,在此基础上对机床主轴系统进行模态分析,得到主轴系统的前6阶模态频率和振型并分析了主轴系统的模态频率及振型之间的关系。最后对主轴系统进行模态实验,实验结果与有限元分析之间基本吻合,最大误差为4.9%,验证了有限元分析结果的可靠性,为KDP晶体超精密加工机床主轴系统的优化设计以及轻量化研究奠定了基础。     

精密直联式主轴系统的结构设计

对不同类型的主轴系统进行分析对比,确定直联式主轴为高精度数控卧式坐标镗床的主轴系统类型;从机床实际的加工工艺需求出发,计算得到不同加工方式下的最大切削力学参数,以此为基础完成主电机与主轴轴承的选型计算;根据主轴系统的功能与精度要求进行结构设计,从而完成精密直联式主轴的完整设计。样机的试制与应用验证表明,该直联式主轴的精度与性能水平达到设计要求。     

基于行为自适应的台钻主轴轴径视觉测量策略

鉴于视觉测量过程行为的多样性与影响关系的复杂性,提出基于行为自适应的台钻主轴视觉测量新策略。采用周向分工位采集图像与轴向分段提取轮廓结合的组合采样法获取被测信息,并建立了主轴轴径视觉测量系统;设计曝光自适应图像采集、图像批处理、误差反馈闭环测量等功能集成的行为自适应视觉测量流程并开发相应软件。以某型号台钻主轴为对象,开展曝光区间自适应优选实验,多工位、多轴、多采样方案测量实验误差分析与稳定性评定。结果表明：所提出的行为自适应测量策略通过获取测量行为变化对测量误差的影响,形成闭环测量,可有效提高测量的稳定性,不仅满足台钻主轴高精度轴段测量需求,还有利于推动测量智能化发展。     

数控机床轴承预紧对主轴刚度的影响

主轴系统的工作性能,对工件的加工质量和机床生产率均有重要影响,对轴承实行预紧,可提高主轴刚度和主轴旋转精度.文章运用ANSYS软件并结合实测研究了轴承预紧与机床主轴刚度的关系,结果表明:通过增加前端轴承预紧量在一定程度上可以改善主轴弯曲刚度,为设计主轴系统提供了一定的借鉴.     

二支承为滑动支承的主轴轴承跨距合理选择方法的探讨

机床主轴系统是各类机床中的重要部件,其工作性能的好坏将直接影响到被加工零件的质量,在机床主轴轴承设计已固定的情况下,主执轴承间的跨距应该取多大?它与主轴直径的关系如何?与主轴轴承的刚度关系如何?与主轴悬伸量受力点的关系如何?这是广大设计者所关心的问题,若选择得不妥当,不但影响主轴系统刚度,还将增大机床体积,增加机床重量;例如有些机床L/D取3～6(L为支承间跨距,D为主轴直径)作为设计依据,这种依据范围较宽,难以确切的选择。在过去由于使用的滑动轴承     

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。     

基于数据驱动和本体建模的数控机床主轴故障诊断与推理

针对目前数控机床主轴系统故障诊断存在方法单一及智能化程度低的问题,提出基于数据驱动和本体建模的机床主轴故障诊断与推理方法。采用EMD对传感器采集的蕴含故障特征的原始信号进行数据处理与分析,提取原始统计特征,在此基础上,构建DBN-RF诊断模型实现深度特征自适应挖掘与故障模式识别。利用Protégé5.1工具结合领域知识构建机床主轴故障本体知识库,将DBN-RF诊断模型的故障辨识结果与本体知识库中的实例进行语义映射,实现故障知识推理,获得故障原因和故障解决策略。基于采集的不同工况下轴承故障数据验证了DBN-RF诊断模型的有效性,最高故障诊断平均准确率可达92.93%;构建实例验证了本体知识库的可重用性和推理功能;最后,设计开发了数控机床主轴健康管理服务系统,实现主轴系统状态实时感知和故障诊断与推理。     

偏心轴磨削迭代学习模糊自适应PID控制技术研究

为了提高偏心轴的加工精度,减小偏心轴的廓形误差,引入模糊自适应PID迭代学习控制算法,通过建立偏心轴加工数学模型分析偏心轴磨床X-C轴的跟踪误差关系,建立偏心轴廓形误差模型,通过MATLAB的Simulink仿真工具建立偏心轴廓形误差仿真程序,进行仿真实验。通过实验表明模糊自适应PID迭代学习控制器与普通PID控制加工相比,模糊自适应PID迭代学习控制器能够有效提高偏心轴的加工精度。     

基于机器学习机床机械加工特征信息与加工材料关联性研究

为了开展数控机床机械加工特征信息检测与分析方面的研究,以健康状态的机床对不同工件材料进行切削加工,通过数据采集系统采集在不同切削状态下机床主轴输出的机械特征信息,利用机器学习的方法对特征信息进行分析和判断,提出一种基于机床主轴振动信号与机床主轴负载电流特征信息融合的工件材料精确识别判断模型。首先,获取机床在不同加工状态下的主轴振动信号以及主轴负载电流信号,利用变分模态分解(VMD)算法对其进行分解获得本征模态分量(IMF)并计算各个IMF的多尺度加权排列熵(MWPE)进行信息融合构建特征向量;然后使用灰狼优化(GWO)算法对传统支持向量机进行优化并对4种常见工况进行识别判断。试验结果表明:基于信息融合的特征提取与GWO-SVM相结合的方法能够利用机床加工状态输出的数据特征信息对正在加工的材料种类进行精确识别判断。     

数控机床主轴矢量控制策略研究

根据交流电机矢量控制理论,结合某加工中心主轴交流伺服系统,给出考虑异步电机参数变化的伺服系统控制框图;通过MATLAB/Simulink对该控制系统进行了仿真验证,结果表明由于电机参数特别是电阻的改变,伺服控制系统性能变差;最后提出改进系统响应快速性的控制方案。     

永磁同步电主轴电机电磁与控制策略仿真分析

以一种新型卧式永磁同步动静压电主轴为研究对象,对电主轴电机进行电磁及控制策略设计与分析.对电机的主要尺寸和转子、定子等结构的电磁参数进行数值计算,利用ANSYS Maxwell软件对电机进行有限元仿真.针对电机结构特点,设计滑模转速控制/前馈解耦内模-PI电流控制的控制策略.利用MATLAB/Simulink软件搭建永...     

液压伺服系统的变论域自适应模糊控制

针对液压伺服系统的参数不确定性和高度非线性等问题,提出一种变论域自适应模糊控制方法。设计一种自适应律,利用不同时刻反馈回来的误差信息在线调整控制系统参数,实现实时自适应调整,避免了传统模糊控制过度依赖模糊控制规则的问题;基于自适应模糊控制系统,将系统误差及误差变化率作为输入,伸缩因子参数作为输出,提出伸缩因子自调整函数,达到对液压伺服系统高精确高响应的控制。MATLAB/Simulink仿真结果表明：变论域自适应模糊控制方法有效提高了轨迹的跟踪速度和跟踪精度。     

基于模糊自抗扰的镜像加工稳定支撑控制北大核心

针对大型薄壁零件镜像加工过程中的稳定支撑问题,提出了基于模糊自抗扰的力/位混合控制策略。通过支撑-工件系统模态锤击实验,分析了磁流变集成支撑装置线圈中电流变化对系统模态参数的影响。设计了支撑侧基于模糊线性自抗扰控制(FLADRC)的力/位混合柔顺控制策略,通过MATLAB/Simulink仿真实验平台建立了系统控制模型并进行了仿真分析。仿真结果表明,相较于传统PID控制,FLADRC对目标函数跟踪速度快、误差小,鲁棒性与自适应能力强。通过薄壁件镜像铣削实验验证所设计控制策略的有效性。研究结果表明,该控制策略可有效维持工件加工时支撑侧的稳定支撑。     

电动振动台输出力跟随控制的仿真和实验研究

为实现电动振动台振动输出力的高精度跟随控制,对交流伺服电机驱动的振动台输出力跟随控制策略进行研究。采用基于输出力、位移和速度的三参量控制器作为控制算法,在Matlab/Simulink平台上运用实数编码遗传算法对三参量前馈控制器参数优化整定,并进行正弦输出力跟随控制仿真;构建以TwinCAT实时控制软件为基础的振动输出力跟随控制实验系统,对四组振动输出力信号进行跟随实验研究。实验结果证明了电动振动测试装置和振动输出力跟随控制策略的有效性和正确性。     

数控机床位置伺服系统的无模型自适应迭代学习控制

数控机床位置伺服系统在加工过程中受负载、摩擦和电路系统响应特性等因素影响,很难精确建立其加工过程动力学模型。针对批量零件加工过程中的重复执行过程,设计了一种数据驱动的无模型自适应迭代学习控制方案。该方案借助沿迭代轴的动态线性化方法,将数控机床位置伺服系统加工动力学过程等价转化成一个虚拟的迭代数据模型,并根据设计的迭代学习控制律和参数估计律构建数控机床位置伺服系统的无模型自适应迭代学习控制方案。仿真结果表明:该迭代学习控制方案基于数控机床重复运行的特点,仅利用位置和电机电流信息,完成了对零件加工过程的改善,提高了加工精度。     

基于电感法的微型BLDCM控制系统建模与仿真

对于微型BLDCM在负载较大和低速运行的场合,采用传统无位置传感器控制技术出现启动反转和启动困难的情况,首先根据安培环路定理分析相电感与转子位置的关系。通过施加一定顺序的电压矢量,设计了一套根据其电流响应来判断转子位置的方法;然后使用Matlab/Simulink搭建控制系统模型,并进行仿真。实验结果表明:采用此方法,微型BLDCM可以在较大负载的情况下从任意位置无反转启动,并且可以低速运行。     

非圆切削中双通道控制技术的研究

针对非圆活塞的特殊复杂型线,提出一种基于双通道控制技术的非圆活塞异型截面复合加工的方法。构建双通道系统控制模型,基于Turo PMAC开放伺服算法特性,设计模糊自整定PID算法,提高系统的动态响应特性。建立两通道间信号通讯,运用脉冲同步控制原理,实现双通道系统中主次系统协调控制。最后基于双通道高频往复直线进给实验平台,设计完成两通道间的同步跟随实验。结果表明:跟随实验验证了基于双通道控制技术的非圆活塞异型截面复合加工方法的可行性;在主轴转速范围为0~1 000 r/min内,跟随误差随主轴转速升高而增加。     

电动负载模拟器的自适应终端滑模控制

为了更好地测试舵机性能,提高加载系统的鲁棒性和稳定性,实现电动负载模拟器对信号精确跟踪,同时抑制多余力矩,提出高阶非线性自适应终端滑模控制策略,避免了参数变化和扰动对系统的影响。将舵机看作一个扰动输入,确立负载模拟器系统为双输入单输出非线性系统,建立负载模拟器非线性数学模型,并基于此模型提出自适应终端滑模控制策略。利用Lyapunov函数证明闭环系统的渐进稳定性及有限时间收敛特性。并通过Simulink仿真验证了此控制策略的有效性。结果表明:与普通滑模控制相比,自适应终端滑模控制方法跟踪精度更高,对多余力矩也起到了很好的抑制效果。     

基于EtherCAT总线的分布式测控系统

网络化、分布式是现代测控系统的发展方向。设计一种基于EtherCAT总线的分布式测控系统,系统为一主多从结构,主站采用软控制器TwinCAT实现,为从站设计了测控系统通信及控制卡,实现了EtherCAT通信和多种信号的多通道输入测量及输出控制功能。实验结果表明:该系统具有信号测量及控制精度高、实时性好、扩展方便的特点。