基于阿贝原则的机床主轴误差测量研究

机床测量是误差补偿的前提,分析主轴箱移动时产生的阿贝误差原因,给出主轴箱沿Z轴移动时X方向和Y方向的直线度误差,根据主轴箱直线度误差数据进行建模并给予补偿,结合具体的工程实例验证了阿贝误差补偿的有效性。

基于扰动观测器的宏微复合平台的推力波动补偿研究

宏微复合平台多采用直线电机作为宏动台,而直线电机的推力波动作为直线电机的固有属性,会对整个宏微复合平台的定位精度以及宏微切换启动行程产生影响。为降低微动台启动行程与宏微复合平台的定位误差,先采用模糊前馈的控制方法降低宏动台定位误差,减少微动台启动行程。在此基础上对宏动台直线电机的推力波动,采用扰动观测器(DOB)对推力波动进行补偿,研究补偿前后对宏微切换启动行程与宏微平台定位精度的影响。通过仿真表明使用DOB补偿宏动台的推力波动,能够降低宏微启动时微动台的运动行程200nm,能够使宏微复合运动平台的定位误差降低150nm。实验结果表明,补偿宏动台推力波动会降低宏微切换时的微动台启动行程300nm,降低了宏微复合平台的定位误差150nm,进入1μm误差带的时间减少了0.014s。说明采用DOB对推力波动进行补偿能够提高宏微复合平台的性能。

基于构造绝对值三角函数的光栅信号细分

为了进一步提高光栅传感器的测量精度,需要对信号进行细分,但光栅莫尔信号的细分精度取决于信号的质量。本文利用归一化并结合CORDIC的方法补偿了直流、幅值、相位等误差,利用补偿后的信号构造绝对值三角函数,实现一个完整周期信号的16倍细分,并通过MATLAB进行了仿真,验证了该方法的可行性。

机床优化选择的多级模糊综合评判模型及其算法

在生产中,机床设备的选择涉及到多个指标和多种方案的多目标决策,是一个繁琐复杂的问题。以如何能够从众多的机床设备中选用一台适合生产所用机床为研究对象,从机床的加工性能、经济性能、环境属性和人机属性四个方面进行了分析,建立了多级模糊综合评判模型,经过层次分析法确定了各因素的权重,从而计算得出了最优的机床设备选用方案。最后通过案例证明了该算法的正确性和实用性。

两组总体马氏距离法在车床加工精度判别中应用

A、B两个机械加工企业因合作需要,对现有闲置卧式车床进行精度等级评估。从评估所得数据中抽取16个样本数据,将其分成3类,第1、2类作为评判标准类,第3类作为待判样品类;利用线性判别分析法(linear discriminant analysis, LDA)中的两组总体马氏距离测量法对数据进行均值向量和协方差矩阵计算,建立数据的线性判别函数方程;为保证正确性,对两类评判标准类数据进行显著性差异检验,同时利用回代法将数据代入线性判别函数方程,将3组数据量化归类。结果表明:两组评判标准类数据显著性差异明显且回代率为100%,可以作为待判数据的评判标准;待判类数据符合加工精度实际情况,归类合理。

基于磁流变阻尼器的滚珠丝杠进给系统主动抑振研究

针对滚珠丝杠进给系统轴向振动影响工件的加工质量和精度保持性的问题,将磁流变阻尼器应用于机床滚珠丝杠进给系统轴向抑振。设计磁流变阻尼器,进行磁流变阻尼器阻尼特性试验,采用最小二乘法和BP神经网络对阻尼力进行了辨识。建立带有磁流变阻尼器的机床滚珠丝杠进给系统单自由度振动模型,基于Runge-Kutta法计算了系统的动态响应。通过数值计算发现:阻尼器输入电流由零逐渐增大时,系统能够快速趋向于稳定;由幅频曲线可以看出,磁流变阻尼器抑制滚珠丝杠进给系统的振动是可行的。最后试验验证了磁流变阻尼器能够很好地抑制滚珠丝杠进给系统的振动。

新型管道环切机切割方案设计及进给轨迹规划

刀旋式切管机采用刀具绕固定管道外围旋转的方式进行环形切割,在需要精密切割薄壁管材的场合中得到了广泛的应用,但其进给轨迹常为直线或弧线,存在相对单一、无法实现柔性化切割等问题。为此,提出一种新型管道环切机,其核心部件为冗余驱动环切机构,可以在平面内移动以控制环切进给量,并以半圆管道包络切割为例,基于5-6-5-6-5分段高次多项式曲线进行进给轨迹规划,搭建样机平台进行仿真和实验研究。结果表明:实际轨迹与理论轨迹具有一致性,且切割过程较为柔顺,管道切口质量较好,验证了管道环切机结构设计的合理性和柔顺切割的可行性。

高精度五轴龙门数控加工中心综合误差建模与辨识

针对五轴数控机床在加工过程产生的多类别融合误差影响着机床加工精度的问题,提出一种基于误差耦合的综合误差模型建立方法。从误差源的角度出发,分析影响机床加工精度的主要因素,探究不同误差对机床加工精度的影响。在此基础上建立了目标机床的拓扑结构和低序体阵列,从而完成了基于多体系统理论的理想状态和实际状态下的综合误差齐次坐标变换矩阵的推导,由此建立起目标机床的综合误差模型,并给出了综合误差模型正确性的验证。提出了一种先插值后拟合方法对五轴数控机床误差进行拟合。实验结果表明,该方法可有效地处理误差波动较大的数据,相较而言,拟合偏差降低了3.04%,提高了五轴数控机床综合误差模型精度。

电解加工机床数字孪生系统设计

为了提高电解加工过程的数字化程度与控制精度,本文采用PLC、仿真模型、数据库、Unity3D多平台相结合的方式构建加工过程数字孪生系统,利用PLC和仿真模型结合PD控制算法的方式,对刀具进给速度实时调节,实现加工电流的稳定输出,通过Unity3D平台完成整个加工系统的可视化控制系统设计,结合电解加工实验对系统性能进行了评价。实验结果表明:文中方法能够实时收集电解加工过程中的电流、电压、温度、压力等关键数据,实现了数字化仿真、预测以及控制功能;提高了加工电流的稳定性,可以更快的到达加工电流目标值,同时超调值和系统震荡幅度也更小,从而改善了杂散腐蚀现象。

基于改进分段三次Hermite插值的机床复合误差建模与补偿

为降低精密卧式加工中心几何误差与热误差而产生的复合误差,文中提出一种基于改进分段三次Hermite插值(improved piecewise cubic Hermite interpolation, IPCHI)算法的复合误差建模方法。为建立复合误差模型,在JIG630精密卧式加工中心上开展试验,采用温度传感器和激光干涉仪分别获取机床温度值和定位误差分析整个温升过程中的误差数据,总结误差分布规律,运用IPCHI算法识别并建立几何误差和热误差的数学模型。运用复合误差模型进行补偿实验,精密卧式加工中心常温下的最大定位误差从-10.1μm降至2.3μm,补偿77%;温升之后定位误差从-19.8μm降至2.6μm,补偿87%,验证了IPCHI模型在实际误差补偿中具有明显的补偿效果。

机床降噪装置类型与结构设计研究

文章针对机床噪声的产生原因进行了分析,主要包括机械振动、切削过程、电机及传动系统等方面。为了降低噪声对工作环境的影响,提出了隔音罩、隔音室、减振装置与吸声材料这四个降噪装置设计方法。在隔音罩和隔音室设计中,关注隔音材料的选用和结构设计;减振装置设计过程中需充分考虑刚度、阻尼等性能参数;选用适当的吸声材料优化空间声学环境。实际应用表明,采用这些降噪措施可以显著降低机床噪声,改善工作环境并提高加工质量。

基于机器视觉的电主轴轴承损伤识别与检测研究

轴承是电主轴的核心回转部件,其稳定可靠的运行是确保电主轴正常运行的关键。针对高速电主轴核心回转部件轴承表面的裂纹损伤、润滑油污染等损伤识别检测难度大等问题,提出基于机器视觉的电主轴轴承损伤识别与检测系统。基于OpenCV库,对采集到的电主轴回转部件角接触球轴承的图像进行特征分类与形态学预处理以及损伤特征图像的灰度化处理,并对轴承损伤特征图像进行标记以及边缘特征提取,基于Visual Studio自主开发的轴承损伤特征识别算法对分类的轴承损伤特征进行识别和检测,实现了对电主轴轴承损伤的在线实时识别与检测,且具有较高的识别速度与检测率,有一定的实际应用价值。

基于EFAST方法的三坐标数控机床几何精度灵敏度分析

机床几何误差是影响机床加工精度的主要因素之一,本文针对机床几何误差建模、几何精度灵敏度分析、筛选关键几何误差等问题进行研究。结合多体系统理论和齐次坐标变换建立三坐标数控机床的几何误差模型,求解机床空间位置误差表达式。使用雷尼绍XL-80激光干涉仪对三坐标数控机床进行几何误差测量试验,将测量结果导入九线法误差辨识模型,辨识三坐标数控机床的21项几何误差。应用Simlab软件中的拓展傅里叶幅值灵敏度检验方法(EFAST)对三坐标数控机床的几何误差进行灵敏度分析,并筛选出影响三坐标数控机床加工精度的关键几何误差。此外,以关键几何误差为基础,建立三坐标数控机床的简化几何误差模型,与三坐标数控机床的几何误差模型进行对比分析。结果表明,该方法可合理经济地提高三坐标数控机床加工精度及几何误差补偿。

机床整机的动态特性分析

采用用户自定义矩阵单元来处理机床结合部的接触问题 ,在商品化软件平台上建立了机床整机的有限元模型 ,并对其进行了动态特性的分析。运用该方法来进行结构的性能预测 ,已用于工厂对机床的结构改进设计中。

可重构机床的模块化设计

可重构机床是可重构制造系统的重要组成部分 ,其设计方法是实现制造过程可重构的关键。本文对可重构机床的模块化设计方法进行了探讨 ,系统分析了可重构机床区别于传统机床的模块化设计方法和特点。针对可重构机床设计任务驱动、运动重构的需求 ,在对机床结构进行拓扑图抽象描述的基础上 ,基于螺旋理论对加工任务进行运动分析和机床运动建模 ,提出了一种可重构机床模块化综合的设计方法 ,以生成满足加工任务运动需求的机床重构可行方案。

一种并联机床运动平台位姿测量方法

提出一种采用附加测量机构直接测量并联机床运动平台位姿精度的方法。其基本思想是根据运动平台的运动特性在固定平台和运动平台之间增设附加测量机构，当运动平台运动时带动测量机构运动，通过安装在测量机构上的传感器测得广义坐标参量， 经运动学建模即可得到运动平台的位姿。当测量机构位姿正解求解速度满足实时控制要求时，利用该反馈信息对机床进行实时精度补偿和控制。基于上述思想建立的并联机床位姿测量系统可部分排除机床切削力变形和运动副间隙等误差， 从而提高机床的位姿测量精度。以一种五坐标并联机床为例，介绍采用附加测量机构直接测量运动平台位姿精度的建模方法。其中， 测量机构的综合十分重要。测量机构的组成决定了运动学模型的复杂程度， 即决定了运动学模型的计算效率。

并联机床主运动模块设计的研究

提出了一种新型模块化并联机床的结构模型 ,采用并联机构实现了机床的主运动 .利用机构尺寸型空间模型理论 ,研究了机床主运动模块平面二自由度机构的运动特性 ,给出了机构运动学的正反解 .研究表明 ,末端执行器的奇异位形形式与机构尺寸有关 ,而机构存在着 3种类型的奇异位形 ,其最大工作空间取决于并联机构两支链中较短杆的长度 .研究为快捷地设计开发三轴或多轴并联机床提供了基础理论 .

并联机床——机床行业面临的机遇与挑战

并联机床是９０ 年代问世的新型数控加工装备，其研发使机床行业面临新的机遇与挑战。简要评述了并联机床的国内外发展现状和未来趋势，以及设计理论与关键技术的研究进展。结合样机设计与制造的实践经验，提出亟待解决的若干理论与技术问题，以及解决这些问题的可行途径。

机床位姿误差的敏感性分析

为在合理成本下高效控制机床的精度,通过拓展"加工误差敏感方向"的内涵,提出面向机床敏感误差的机床精度控制策略,实现这一策略的关键,是机床敏感误差识别。以滚齿机YK3610为对象,介绍基于多体系统理论和齐次坐标变换的机床误差建模方法,并依托该模型对机床敏感误差辨识方法、步骤和关键点进行阐述。示例表明,在众多机床误差源中辨识出敏感误差是可行的,其分析结果可提高误差防止和误差补偿的效率。

高速电主轴热态特性与动力学特性耦合分析模型

针对高速电主轴的耦合分析,考虑到结合面接触热阻和润滑剂黏温变化对其热态特性影响的同时,以轴承拟静力学模型描述了径向刚度函数,建立了一种高速电主轴热态特性与动力学特性耦合分析模型。分析了轴承离心力软化效应和热诱导预紧力硬化效应联合作用下的支撑刚度变化规律及其对主轴系统动力学性能的影响。仿真分析与实验结果验证了本文模型的有效性。