NO REVERSE ERROR BALL TRANSMISSION AND FORCE ANALYSIS ON HETERO TYPE SINGLE CYCLOID

The construction kinematics and no reverse error property of heterotype single cycloid steel ball transmission are studied and its engagement pairs structure as well as foree analysis are al- so presented. It provides a kind of high property driver of large transmission ratio and compact con- struction and has theoretical and practical significance for application of the steel ball transmission.

Convergence ball and error analysis of Ostrowski-Traub’s method

Under the hypotheses that the second-order and third-order derivatives of a function are bounded, an estimate of the radius of the convergence ball of Ostrowski-Traub＇s method is obtained. An error analysis is given which matches the convergence order of the method. Finally, two examples are provided to show applications of our theorem.

Study on Wheel and Workpiece Position Error Influence on Surface Shape Accuracy during Ceramic Ball Grinding

The reasons for bringing surface accuracy error in ultra-precision grinding ceramic ball joint were analyzed,and the influences wheel position error and shaft run-out error on the ball joint surface accuracy were discussed.Through establishing three-dimensional grinding model,the mathematical relationship between the position error and surface accuracy was derived,and the distance from any point on spherical surface to the ideal center was calculated when position error existed,and a precise surface shape was got,and theoretical support was provided to improve the surface accuracy during the grinding process.Using self-developed ultraprecision grinding machine to do the ceramic ball grinding experiment,the surface accuracy PV value of ceramic spherical joint is 4.8μm.

基于输入整形的丝杠传动的振动误差补偿

针对丝杠传动系统中存在的由机械结构弹性形变产生的振动误差,首先,通过改进集中参数法与分布式参数法相结合的方法建立系统拉格朗日方程,从而求得动力学模型,得到X、Y方向上的传递函数,并将闭环传递函数进行降阶处理;然后,在Simulink中仿真实验,根据降阶函数计算输入整形器参数,分别比较ZV输入整形和ZVD输入整形的误差补偿效果;最后,在自主研发的实验平台进行应用验证:在负载较轻的X轴运动时,两种补偿方法稳定性相差不多,ZV输入整形器调整时间更短;而在负载较重的Y轴运动时,ZVD输入整形器更稳定。

Analysis and correction of the machining errors of small plastic helical gears by ball-end milling

Many small-size precise plastic helical involutes gears are used in electrical appliances to transmit rotary movements con- tinuously and smoothly. Ball-end milling is an effective method for trial manufacture or small batch production of this type of gear, but the precision of the gear is usually low. In this research, the main sources of the errors of the gear, machining errors of the tooth profile and trace of the gear obtained were analyzed. The correction amounts for these errors are then determined by using a CNC gear tester. They are used to generate a new 3D-CAD model for gear machining with better nrecision.

双圆弧滚珠丝杠的滚道截型误差对摩擦力矩影响分析

针对摩擦力矩过大造成滚珠丝杠副运行过程中柔顺性降低和温升的问题,从其产生机理出发,建立具有滚道截型对称性误差和滚道半径误差的滚珠丝杠三维模型,利用赫兹接触理论基于Adams软件仿真分析了不同滚道截型误差对摩擦力矩的影响。与实测结果相比,滚道半径误差仿真模型产生的摩擦力矩均值与实测均值相对误差在11.41%以内,验证了仿真模型的有效性。通过仿真和试验表明,改变滚道半径能控制摩擦力矩的均值;控制滚道截型对称性误差能降低摩擦力矩波动范围。该结果可为降低滚珠丝杠副摩擦力矩、提高柔顺性提供理论参考。

灌装机轴承非接触式滚珠直径测量方法研究

针对食品灌装机上轴承滚珠人工测量时间长、精度低的问题,采用模块化方法设计一套非接触式滚珠直径测量装置。装置由滚珠上料机构、直径测量机构和下料机构组成,采用投影测量的方法对滚珠直径进行测量。结果显示,装置每次能够检测10组数据,测量准确率达到97%以上,工作效率为16~18 s/颗,符合实际生产的需求。研究为食品灌装机轴承精度的提升提供参考。

基于球杆仪的五轴数控机床误差快速检测方法

几何误差是五轴数控机床重要误差源,针对传统测量方法仪器昂贵、测量周期长问题,提出基于球杆仪的五轴数控机床几何误差快速检测方法。对于机床的平动轴误差,利用多体系统理论及齐次坐标变换法,建立平动轴空间误差模型,通过球杆仪在同一平面不同位置进行两次圆轨迹,辨识出4项平动轴关键线性误差;针对五轴机床的转台和摆动轴,设计基于球杆仪的多条空间测试轨迹,完整求解出旋转轴12项几何误差。实验结果显示,所提方法获得转角定位误差与激光干涉仪法最大误差为0.001 8°,利用检测结果进行机床空间误差补偿,测试轨迹偏差由16μm降至4μm,为补偿前的25%,验证了方法的有效性。提出的五轴机床几何误差检测方法方便、便捷,适用于工业现场。

基于领航-跟随的无人机编队避碰飞行控制

为实现多无人机之间队形的动态保持,针对从机对主机轨迹的实时追踪和主从机之间航向角的准确同步问题,设计一种以无人机之间距离和角度为变量的领航-跟随算法,在此基础上设计一种误差比例控制器以实现编队队形动态保持;在解决无人机内部避碰的问题上,建立一种球类避碰算法,避免无人机之间因碰撞而影响队形。通过Matlab仿真平台验证无人机集群编队算法,实验结果表明:改进的领航-跟随算法能够稳定地操控多架无人机,实现编队飞行;改进的无人机避碰算法能够有效维持编队的队形,并确保编队成员之间有足够的安全间距;算法的改进不仅提高了无人机编队控制的稳定性,而且能够应对更加复杂的环境条件。

双转台五轴数控机床旋转轴位置无关几何误差辨识

针对双转台五轴数控机床旋转轴几何误差辨识精度问题,提出一种在机床坐标系下的旋转轴位置无关几何误差(PIGEs)辨识模型。建立了刀具球与工件球在机床坐标系下的实际初始坐标,通过逆矩阵得到工件球在所测轴的实际初始位置,基于4种测量模式建立了包含球杆仪安装误差与旋转轴PIGEs的杆长变化量数学模型。仿真分析了PIGEs对测量模式的影响,结果表明刀具球在两旋转轴轴线交点位置时,平行度误差不影响球杆仪杆长变化量。最后,通过实验辨识出旋转轴8项PIGEs,并对旋转轴PIGEs的4项位置误差进行补偿。实验结果表明,补偿后的位置误差最大绝对值由203.5μm减小至5.1μm,所提出的辨识模型可以有效提高五轴机床精度。

落球法测量液体粘滞系数的研究与改进

该文对落球法测量透明液体粘滞系数的实验进行了改进和深入研究。介绍了视频分析法测量液体粘滞系数实验步骤,使用开源软件Kinovea对小球下落过程进行录像追踪,剔除不合格实验过程,对合格实验过程进行逐帧分析。该方法将实验测量精度提高至240帧/S,实验误差减小至少50%。同时深入研究了尺寸效应、边缘效应对实验测量结果的影响。

基于球头刀铣削的三轴数控机床几何与切削力综合误差补偿研究

机床加工工艺系统的原始误差严重影响机床的加工精度,消除相应的误差影响至关重要。首先,提出一种静态载荷加载试验方案,模拟机床实际加工过程中的受力状况,再基于试验建立三轴数控机床几何与切削力综合误差模型,以球头刀三轴数控铣削为背景,利用激光干涉仪与“九线法”辨识方法,测量并辨识上述的机床综合误差。然后,根据多体系统理论和齐次坐标变换矩阵,建立球头刀三轴数控铣削空间误差模型,将机床综合误差变换到球头刀刀心的位置上。最后,根据球头刀铣削工件表面成形原理,建立消除机床综合误差的刀心曲面,实现三轴数控机床几何与切削力综合误差的补偿。

考虑圆度误差的角接触球轴承温升特性研究

以往有关于轴承温升特性的研究多注重轴承温升以及圆度误差对轴承振动的影响,其中圆度误差对轴承温升影响的文献较少,且研究对象多针对的是低速、轻载轴承的温升。为此,建立了考虑圆度误差、轴承预紧力、离心效应、热力耦合等影响的角接触球轴承热-力耦合模型,研究了轴承沟道圆度误差对轴承温升的影响规律。首先,以轴承拟动力学、弹流润滑理论、传热学理论和基尔霍夫能量守恒定律为基础,建立了考虑圆度误差、轴承预紧力、离心效应、热力耦合等影响的角接触球轴承热-力耦合模型;然后,利用模型分析了不同工况条件、圆度误差对轴承温升特性影响;最后,将模型计算结果与试验结果进行了比较,验证了角接触球轴承热-力耦合模型的合理性。研究结果表明:模型计算结果和实验结果相比,最大相对误差为5.37%;随着圆度误差阶次的增加,轴承温度呈现波动性变化,且随着转速的增加,波动趋势愈加显著;随着润滑油温度的升高,温度波动逐渐减小;当圆度误差的阶次等于球数n/2±2(n=1,2,3…)时,轴承外圈温度比不考虑圆度误差时要低,因此将圆度误差控制在特定阶次内能有效降低轴承温升,从而提高工作效率;轴承外圈温度的波动性与外圈圆度误差的幅值成正比,为轴承设计提供了重要参考;外圈温度与沟道圆度误差阶次之间呈周期性变化,并与钢球的个数形成映射关系,当圆度误差阶次等于球数的(2 n-1)/4倍(n=1,2,3…)时,轴承外圈温度达到最高;当圆度误差阶次等于球数的n/2倍(n=1,2,3…)时,轴承外圈温度最低,这一规律可为轴承的优化提供具体参考方向。

MOTION ERROR ESTIMATION OF 5-AXIS MACHINING CENTER USING DBB METHOD

In order to estimate the motion errors of 5-axis machine center, the double ball bar （DBB） method is adopted to realize the diagnosis procedure. The motion error sources of rotary axes in 5-axis machining center comprise of the alignment error of rotary axes and the angular error due to various factors, e.g. the inclination of rotary axes. From sensitive viewpoints, each motion error is possible to have a particular sensitive direction in which deviation of DBB error trace arises from only some specific error sources. The model of the DBB error trace is established according to the spatial geometry theory. Accordingly, the sensitive direction of each motion error source is made clear through numerical simulation, which is used as the reference patterns for rotational error estimation. The estimation method is proposed to easily estimate the motion error sources of rotary axes in quantitative manner. To verify the proposed DBB method for rotational error estimation, the experimental tests are carried out on a 5-axis machining center M-400 （MORISEIKI）. The effect of the mismatch of the DBB is also studied to guarantee the estimation accuracy. From the experimental data, it is noted that the proposed estimation method for 5-axis machining center is feasible and effective.

RESEARCH ON ZERO CLEARANCE CYCLOID BALL TRANSMISSION

The steel ball transmission of zero gear clearance is studied and its construction formation as well as transimission principle are also analyzed. The transmission ratioequations and dynamic balance conditions are given and no reverse-error technique is deeply researched. It provides a kind of high property driver for the robots and other precision machines.

角接触球轴承凸出量光学精密测量方法研究

角接触球轴承凸出量是轴向预载荷作用下轴承内外圈同一端面的距离,是精密角接触球轴承配对使用的依据。为实现角接触球轴承凸出量快速精密测量,提出了一种光学精密测量方法并研制了测量装置。通过更换不同尺寸轴承定位爪,可实现7208C、7208AC、7308B、7408B轴承凸出量的测量。分析了轴承套圈和滚子之间的赫兹接触,揭示了轴承凸出量变化量与轴向载荷之间的关系,轴承凸出量变化趋势随轴向载荷增加而变缓,逐渐趋向于线性相关。基于有限单元法对测量装置的机架和内圈驱动分别进行变形分析和简谐振动分析,优化后传感器测头振动幅值减小到0.029μm。以7008C(P2)为试验轴承,进行轴承凸出量测量试验。验证结果表明,其测量精度达到0.5μm,实测样件偏差小于0.2μm。

含不对中与滚珠分布误差的球轴承刚度波动特性

轴承不对中可能导致保持架断裂和滚珠分布误差.为了分析不对中及滚珠分布误差对轴承刚度波动的影响,考虑外载荷及内、外圈不对中耦合情况,提出了一种含滚珠分布误差的深沟球轴承拟静力学模型.基于所提模型,进一步分析了外载荷及内、外圈不对中状态下,滚珠分布误差对深沟球轴承径向、轴向及倾覆刚度波动特性的影响.结果表明:外载荷及外圈不对中情况下,轴承刚度以滚珠通过外圈周期,即变柔度(VC,variable compliance)振动为周期进行波动.此时,滚珠分布误差的存在,会使轴承刚度以保持架转动周期进行规律性大幅波动.随主轴旋转的内圈不对中会使轴承刚度以一半的内圈转动周期进行波动,且滚珠分布误差会使刚度波动幅值增加.

考虑机床几何误差的球头刀三坐标NC铣削刀位控制

机床的各种误差是影响机床加工精度的重要因素,其中机床几何误差是主要的误差来源之一。为消除机床几何误差对加工精度的影响,以球头刀三坐标数控(numerical control,NC)铣削加工为研究背景,基于齐次坐标变换理论与刚体运动学方法,结合机床运动链拓扑结构分析,将机床几何误差映射到球头刀刀心的位置误差上。根据球头刀铣削工件表面成形原理,考虑机床几何误差与球头刀刀心位置间的映射关系,构建出刀心曲面与工件表面/设计曲面之间的正逆向计算模型。通过该模型求解出消除机床几何误差的编程刀心曲面,将该曲面导入CAM软件,即可获得消除机床几何误差的NC加工程序。通过曲面实例进行计算和仿真,佐证了该方法的可行性。

总线式数控机床动态误差测量及辨识

多轴联动高速加工中,运动参数引起的机床动态误差是产生零件加工误差的重要因素。针对EtherCAT总线型数控机床,以球杆仪QC20-W和工业以太网探头工具ET2000为测量工具,建立了机床动态误差和静态误差模型。首先基于齐次坐标变换理论建立球杆仪杆长变化量与机床动、静态误差的数学关系;然后根据这两类误差的不同特性,构建了以坐标位置表达的静态误差多项式及以速度、加速度的角频率及相位表达的动态误差低阶正弦多项式。并采用小波变换针对位置信息中的噪声进行降噪处理。最后采用最小二乘理论求解误差表达式中的未知系数。结果表明,指令速度为动态误差的主要因素,加速度为次要因素。在加速度不变,指令速度由20 mm/s依次上升至40、80 mm/s时,动态误差占总误差的比例由2.13%增加到11.74%、49.15%;指令速度不变,加速度由200 mm/s^(2)上升至800 mm/s^(2)时,动态误差占比由22.72%上升至26.83%。

滚珠丝杠副传动效率的模型建立及试验研究

传动效率是衡量滚珠丝杠副的传动性能的重要指标,目前传动效率的研究对接触面的摩擦润滑情况缺少深入分析,试验研究较少且多是针对某型号样件。为了得到更符合实际情况的传动效率模型并对传动效率影响因素进行分析,基于载荷分布理论,分析考虑工艺误差的滚珠丝杠副承载运动情况,再结合弹流润滑理论得到滚珠丝杠副在不同工况下的摩擦系数变化规律,从而得到新的传动效率模型,再对传动效率影响因素进行计算和分析,最终设计试验验证传动效率模型并分析不同轴向负载、转速、预紧力、润滑粘度对传动效率的影响。试验结果表明新模型的计算值与试验值的相对误差最大为6.42%,验证了新模型的有效性与合理性。