考虑时变时滞的伺服进给系统稳定性分析

为了研究时变时滞对机床进给系统稳定性的影响,提出了一个基于Lyapunov-Krasovskii稳定性定理的判定准则。首先,结合机床的传动系统模型,分析了延迟干扰对控制系统的影响规律,建立了含时变时滞的闭环伺服进给系统模型;其次,利用积分不等式和时滞分割技术,构建了一个包含延迟项的Lyapunov-Krasovskii泛函,提出了保证时变时滞系统稳定的相关准则;最后,通过与其他方法的仿真对比,结果表明所提出的稳定性准则具有更低的保守性,并且给出了机床伺服进给系统稳定的时变时滞上界与控制参数的关系。

基于改进松鼠搜索算法优化神经网络的数控机床进给系统热误差预测

为探究数控机床进给系统中各因素对热误差的影响规律,建立精准的热误差预测模型。在进给速度为10 m/min、环境温度20℃的条件下进行进给系统热误差测量实验,获得进给系统关键点的温升及热误差。为提高预测精度,采用Tent混沌改进松鼠搜索算法,并利用改进的算法对神经网络进行优化,建立热误差预测模型。利用热误差测量实验获得的数据进行验证,结果表明改进前的神经网络预测误差为12.23%,改进后的模型预测误差为8.92%,精度有较大提升。利用预测模型针对不同进给速度下相同位置处热误差进行分析,结果表明,进给系统中关键测温点的温度和丝杠各点的热误差随着进给速度的增加而增加。因此提出的预测模型可实现进给系统热误差的准确预测,为误差补偿提供理论依据。

包覆面料裁片切割机横梁进给系统建模及动态特性分析

包覆面料裁片切割机是用于制作软体家具的主要设备之一,其横梁进给系统存在复杂的机电耦合作用。为在设计阶段研究其横梁进给系统切割定位工况下的动态特性,优化横梁进给伺服驱动控制系统参数,建立了横梁进给系统的机电-刚柔混合模型。拟定横梁进给系统的响应效率、定位精度和刀尖运动稳定性作为动态特性评价指标,探究了横梁进给伺服驱动控制系统参数对横梁进给系统动态特性的影响。结果表明:建立的横梁进给系统机电-刚柔混合模型,为横梁进给系统动态特性分析奠定了基础。增大位置环比例系数可提高横梁进给系统的响应效率和定位精度,增大速度环比例系数可有效提高横梁进给系统的刀尖运动稳定性。研究结果可为提高软体家具生产效率和制造质量提供技术保障。

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。

基于滚珠丝杠副进给系统受载响应研究

滚珠丝杠副主要由丝杠、螺母、滚珠和循环系统等组成。其主要作用是将旋转运动转换为直线运动,如车床中的刀架移动。目前在机床、航天、航空、核工业等领域广泛应用。通过建立滚珠丝杠进给系统的动力学方程,来研究系统受到不同冲击情况下的振动响应是十分有意义的。本文首先通过Lagrange第二类方程建立了进给系统的动力学方程,再利用有限元法对方程进行求解,实现了对不同载荷冲击下的滚珠丝杠螺母振动响应仿真。

基于SO-ELM的数控机床进给系统热误差分析

为了对数控机床进给系统热误差进行更加精确的预测,提出一种基于蛇优化(SO)算法和极限学习机(ELM)的数控机床进给系统热误差预测模型SO-ELM。利用模糊c均值聚类(FCM)和灰色关联度分析(GRA)筛选出进给系统的关键测温点;通过蛇优化算法优化极限学习机的输入层权重和隐藏层偏置,利用关键温度测点的温升数据和热误差数据构建SO-ELM热误差预测模型。为验证模型的准确性和适用性,与基于SSA-BP和LSMT的热误差预测模型进行对比分析,结果表明SO-ELM模型预测结果的均方根误差和决定系数均优于SSA-BP和LSTM模型,能够更精准地对机床进给系统热误差进行预测,为机床热误差预测补偿提供一种新的思路。

硅片磨床伺服进给系统仿真模型与分析

在硅片磨削时,硅片加工质量与硅片磨床的进给系统性能密切相关。为了提升硅片磨床进给系统的精度和稳定性,提出了采用上位机、运动控制卡、伺服驱动器、位置传感器进行闭环控制进给的技术方案。研究了伺服系统和机械系统两者之间的相互耦合关系,建立了动力学模型,搭建了基于PID控制的三闭环控制系统,采用MATLAB中Simulink模块对进给系统进行仿真分析。仿真结果表明,磨床进给系统速度波动量在1%以下满足硅片磨削对进给精度的要求。

基于RIME-BP神经网络的磨齿机进给系统热误差预测

为了减少热致误差对数控机床进给系统定位精度的影响,提高被加工产品的一致性,提出一种基于霜冰算法(RIME)优化后的BP神经网络热误差预测模型。在不同工况下,布置温度传感器和激光干涉仪以采集温度和丝杆热误差数据。结合模糊C均值聚类和灰色关联度算法对温度样本进行特征选择,筛选出关键温度特征点。以温度和丝杆位置坐标作为输入,丝杆热误差作为输出,构建RIME-BP热误差预测模型。针对H650GA型磨齿机,利用K折交叉验证法对该模型预测精度进行实例验证,并与GA-BP、BP和SVM模型进行对比。结果表明,该模型的平均决定系数R~2高达0.995,相对于GA-BP、BP和SVM模型,分别提高了3.54%、9.58%和17.75%。所提出方法为热误差补偿提供了理论和技术指导,具有工程应用价值。

基于工艺信息感知的进给系统热特性建模

机床精度对热敏感,进给系统生热会引起机床结构温度场变化,并诱致精度失稳。如何构建进给系统在复杂热工况下的热特性评价模型,对于准确掌握机床热特性,并指导开展热态控制与热稳定性提升控制意义重大。传统生热模型以恒定的参数建立模型,未能反映时变性模型与工艺信息的映射关系,文章提出了考虑多源工艺信息的生热模型构造方法,综合考虑了机床在加工过程中的运行参数、工艺参数、热状态等多源信息变化,深入研究了机床输入功率与进给系统各零部件损耗功率之间的匹配关系,建立了进给系统结构件的瞬时生热功率计算模型。实验结果表明,相比于传统方式建模,基于该模型的温度场预测精度提高了28.15%。

滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与时变动态特性分析

数控机床运行过程中,多轴滚珠丝杠进给系统的刚度和惯量会随着各轴位姿的变化而变化,致使其动态特性呈时变的特点。多轴滚珠丝杠进给系统时变动态特性的高保真建模与分析已成为数控机床轮廓误差精准预测的瓶颈难题之一。针对这一难题,提出基于拉格朗日方程与Ritz级数法的滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与分析方法。以某型号五轴加工中心的两轴滚珠丝杠进给系统为具体对象,重点考虑丝杠本体轴扭方向的连续弹性体变形影响,采用拉格朗日方程建立滚珠丝杠进给系统的刚柔耦合动力学模型,并采用Ritz级数法对方程求解,得到动力学模型的数值解。利用所建立的动力学模型分析进给轴位姿对两轴进给系统固有频率和模态振型的影响,发现各阶固有频率和模态振型随进给轴位姿的变化规律与对应阶次的主导轴有关。随着主导轴进给台由固定端移动至支撑端,对应阶次的固有频率逐渐减小,对应阶次的振型中丝杠本体的弹性振动幅值逐渐增大。此外,两轴进给系统的低阶模态振型主要由承载轴主导,高阶模态振型主要由附属于承载轴的子轴主导。最后,通过模态实验对所提方法进行应用验证,证明所建立动力学模型的准确性。研究结果对数控机床轮廓误差的精准预测具有重要参考价值。

一种用于滑块磨床的双导程进给系统静动态特性分析

以一种应用于某滑块磨床的双导程进给系统为对象,对该双导程进给系统进行了介绍;基于Workbench对滑块磨床中的y轴双导程进给系统进行了静动态特性仿真分析。分析结果表明:静态特性方面,该进给系统最大应力约为1.65 MPa,最大变形约为11μm,位于第二工作台最右端,砂轮处变形约为4.2μm;动态特性方面,该进给系统1阶固有频率约为138.34 Hz,最大振幅位于二级进给驱动部分,相较于传统滚珠丝杠进给系统具有更好的动态特性。在设计阶段对该双导程进给系统进行静动态特性分析,为进给系统的结构优化设计、指导样机生产提供了理论支撑。

丝杠进给系统运动控制研究

丝杠进给系统在运行过程中具有非线性、强耦合和参数时变等特点,由于传统PID控制器的参数固定,无法很好地适应系统变化,从而导致系统响应速度缓慢及跟踪性能较差。针对此类问题,将复杂的丝杠进给系统简化处理并建立二质量系统模型;对传统的模糊规则加以优化和改进,设计了一种模糊PI控制与加速度前馈补偿相结合的复合控制器。模糊PI控制器根据实际系统特性调整模糊规则,使得控制器参数自适应变化,提高控制效果;加速度前馈补偿控制器根据输入信号预先补偿系统,提升了系统带宽。在Simulink中搭建系统模型,在阶跃输入和干扰输入下对比观察2种控制器作用的系统响应曲线。经仿真验证,丝杠进给系统的动态特性、稳态特性和抗干扰能力都得到了明显地提升。

基于ANSYS的数控机床进给系统热力学仿真与分析

滚珠丝杠是数控机床进给系统的主要传动方式,在工作过程中其热变形是影响加工精度的重要因素。为提高ANSYS计算精度,本文研究分析了滚珠丝杠进给系统的热源、边界条件和热变形机理,基于Hypermesh对初始网格进行优化,建立进给系统的热-力耦合模型。通过改变进给速度、轴向载荷和环境温度等加工参数,分析各工况下的温度变化和热变形。结果表明:热变形与进给速度成正比,热平衡时间与进给速度成反比,轴向载荷对热变形的影响大于进给速度。选用合适的进给速度改进滚珠丝杠的加工方式,能有效降低其温度变化及热变形,对提高数控机床的加工精度和延长使用寿命具有一定的现实意义。

卧式攻钻一体化专机的整体方案及进给系统设计

针对现阶段的长尺寸机械工件侧端面孔加工的市场需求,本文完成一款卧式攻钻一体化专机的整体方案设计,确定进给系统的机械机构及关键标准件型号,并通过有限元方法对机床YZ轴连接件进行静力学分析,保证设计的合理性。

基于差分进化算法的数控机床进给系统加速试验优化模型

为了进一步提高数控机床进给系统工作性能及效率,该研究引入差分进化算法,基于差分进化算法的原理和应用流程,自动寻找最佳的参数配置,提高加速过程的效率。通过差分进化算法的迭代优化,寻找最佳的参数组合,以实现更快速、更平稳的加速过程。模型运行试验结果表明,优化后的数控机床进给系统在加速阶段具有更高的性能和更短的加速时间。研究结果能对提高数控机床的加工效率和性能提供有力支持,对于制造业具有重要的实际应用意义。

车铣复合加工中心进给系统机械传递环节频响特性研究

通过对比分析进给系统参数对低阶模态的影响,对系统参数进行了优化,并通过模态试验对仿真计算结果和参数优化效果进行了验证。研究表明:选用高刚度的丝杠紧轴承、较大直径和节距的丝杠、较大螺母刚度与大直径和大节距的丝杠配合,均可以提高系统的一阶固有频率,其中丝杠紧轴承一侧的刚度对于提高系统一阶固有频率的影响最显著。

数控喷涂机伺服进给系统的设计与研究

介绍一种适合高速轻载的直线进给系统的结构形式。通过对数控喷涂机横向进给系统的设计研究 ,并对同步带直接驱动单元的结构形式和特点的分析 。

低频伺服力激励下进给系统建模与动态响应分析

针对精密丝杠直线进给系统在低频伺服力激励下产生动态响应的原因及机理进行了建模研究,提出了一种进给系统动力学模型。其特色在于不同于伺服输出力高频成分或其他方向高频激励可能会引起机械系统共振的建模分析,描述了伺服电动机的伺服输出力的低频谐波成分对进给系统动态响应的影响。采用集中参数法建立了进给系统的动力学模型,利用拉格朗日方法,推导了精密车床进给系统的运动方程。仿真和试验结果表明:1伺服力矩中存在着众多的谐波成分,频率数值远远低于进给系统的第一阶固有频率66 Hz,而且随着速度的增大,频率分量增大;2刀尖点在z轴进给方向振型所对应的第一个固有频率,仿真与试验结果误差在5%之内,验证了所建动力学模型的有效性;3与测量的匀速运动下刀塔运动速度响应对比,所建模型能有效地反映伺服输出力低频谐波成分对机械系统动态响应的影响;响应的幅值变化量15%左右。最后指出,在精密机床进给系统设计中,必须考虑伺服激励的低频谐波成分带来机械系统的微小强迫振动。

双驱伺服进给系统热误差的试验测量与预测模型构建

为了研究双驱伺服进给系统热特性对数控机床精度的影响,建立了二元非线性综合热误差模型。以精密坐标镗床为对象,在不同进给速度下,利用激光干涉仪、红外热像仪及温度位移采集系统进行同步测量,对整机温度场分布、热变形的变化进行测试,分析进给系统热误差与丝杠特征温度、位置坐标及热平衡时间的非线性映射关系。结果表明:双驱结构易造成温度场梯度分布不均匀而产生热变形,热误差与丝杠特征温度成指数关系,且与坐标位置成线性关系;进给轴位置距离电机越远,定位精度越低,热误差越大,且热误差及热平衡时间随进给速度的提高而递增;热误差模型预测精度可达85%,对不同工况具有较好的通用性。

多因素耦合条件下数控机床进给系统负载惯量比的综合分析与设计

负载惯量比是数控机床进给系统性能分析与设计的重要内容,数控机床的高速化、高精度化发展使得负载惯量比的优化选择问题更加突出。这要求设计者能够系统地分析负载惯量比与系统性能之间的相互关系,并为之提供负载惯量比的精确有效的设计方法。采用双惯量机械系统模型,通过解析分析与数值试验相结合的方法,分析负载惯量比与能量匹配效率的关系;分析了半闭环与全闭环两种控制结构下负载惯量比与控制增益上限、闭环频率特性以及抗干扰动刚度的关系;并在此基础上给出了数控机床进给系统负载惯量比的设计步骤与方法。为数控机床的设计者提供一种在多因素作用下设计最优负载惯量比的方法,具有理论和实际的工程价值。