面向切削力修正的机床主轴回转精度预测实验分析

为了提高机床控制精度,设计一种可以精确预测面向切削力修正的主轴回转精度分析方法。为验证回转精度预测准确性,建立一套不需要通过标准球实现的主轴回转精度分析系统,可以针对具体切削工况开展主轴回转精度测试。研究结果表明:随着进给速率和切削深度改变,形成了具有规律性的同步误差,切深受到同步误差因素的影响程度最大,而进给速度次之。受切削载荷影响,主轴回转精度显著改变,同步误差和切削载荷具有正相关关系。在变进给及变切宽条件下,测试结果与仿真结果相近,最大误差为0.2μm。设定切宽12 mm与进给速度1200 mm/min时,分离得到的圆度误差与100 r/min空转时圆度误差相比相吻合。

基于狮群优化算法的机床主轴热特性分析

热误差对于主轴的回转精度至关重要,而对流换热系数的精确计算是有限元稳态热分析获得精确结果的前提。通过利用狮群优化(Lion Swarm Optimization,LSO)算法对主轴的对流换热系数进行优化,LSO相对于遗传算法等其他优化算法有更快的收敛速度、更高的精度、更能较好地获得全局最优解。首先,通过使用Lion的热分析模块测量主轴系统的关键点温度和主轴的热伸长。其次,通过经验公式计算主轴不准确但接近真实的对流换热系数值,不准确的对流换热系数会导致不准确的有限元仿真温度结果,因此使用LSO对对流换热系数寻优,将对流换热系数被视为感兴趣的目标值,实验温度值与模拟温度值之间的均方根误差被视为适应度函数。在150代之后,搜索了误差最小的最佳对流换热系数。最后,通过对搜索到的最优对流换热系数进行主轴系统的有限元稳态热分析,并与实验结果进行比较,证明了所提方法的有效性。

模糊自整定PID的液压马达驱动机床主轴速度控制研究

液压马达驱动机床主轴系统具有参数时变和高度非线性,传统PID控制器控制精度不高。针对液压马达驱动机床主轴系统速度控制问题,采用模糊自整定PID控制器实现液压马达驱动机床主轴系统的有效控制,并对控制效果进行仿真验证。构造了液压马达驱动机床主轴系统模型简图,建立了液压马达驱动机床主轴系统数学模型。对传统PID控制器参数,用模糊控制器进行实时整定,开发了模糊自整定PID控制器。最后,采用MATLAB对液压马达驱动机床主轴系统进行仿真。同时,与传统PID控制器的计算结果进行对比和分析。仿真结果显示:采用模糊自整定PID控制器的液压马达驱动机床主轴转速超调量小,具有更快的响应时间,跟踪精度高,同时系统能耗减少20%左右;即使受到较大随机干扰,模糊自整定PID控制器也能快速消除干扰,使机床主轴转速处于受控状态。采用模糊自整定PID控制器可以有效提高液压马达驱动机床主轴系统的动态稳定性以及抗干扰能力。

机床主轴回转精度误差评定及参数优化研究

机床主轴位置精度对加工系统的尺寸控制影响很大。针对主轴回转精度,设计了一种考虑切削力修正的主轴回转精度误差评定方法,并开展了变工况(变进给、变切宽、变切深)下同步误差和圆度误差的性能测试。研究结果表明,测试结果和仿真数据之间达到了相近程度,形成了0.2μm的最大误差,达到了良好吻合性。切宽12mm以及进给速度1200mm/min条件下分离后产生圆度误差达到了良好吻合程度。该研究易于实现,具有很好的推广价值。

基于激光多普勒振动谱的数控机床主轴故障在线诊断

针对现有数控机床主轴故障检测算法存在的检测精度低、故障分类效果差等不足,提出一种基于激光多普勒振动谱的在线针对方案。先构建以激光器和探测器为核心部件的激光多普勒故障检测系统,采集故障数据集并对数据进行降维处理;然后针对机床主轴多故障模态的情况,基于可变经验模态分解(VMD)算法分解故障的本征模态分量,形成新的故障特征集;最后利用经过改进的深度卷积神经网络训练故障特征集,实现对多故障模态的分类识别和诊断。实验结果显示,所提算法信号源频率误差值较低,在故障点的诊断和分类识别过程中,效果显著优于传统故障在线诊断算法。

基于虚拟材料层和孪生有限元模型的机床主轴固定结合部动力学建模

针对主轴系统固定结合部传统弹簧阻尼单元法等效建模精度较低的问题,采用虚拟材料层法建立主轴系统固定结合部的孪生物理模型,对模型进行有限元分析计算,以虚拟材料层相关参数(弹性模量、密度、泊松比)作为输入,计算机床主轴的固有频率,并以此数据样本训练深度神经网络,建立主轴系统的孪生有限元模型。采用粒子群优化算法,以虚拟材料层相关参数为优化变量,以孪生有限元模型计算的理论固有频率与对应试验值的相对误差最小为目标函数,优化确定虚拟材料层的相关参数。以VMC850E型立式加工中心主轴的刀柄-夹头-刀具系统两个固定结合部为实例进行了建模、试验、参数识别等分析,分析结果表明,该方法是可行的、有效的,建模精度达到了1%以内。

基于谱图小波阈值的机床主轴振动数字信号降噪研究

通过数控机床运行过程中数据特征采集获得的实际信号存在噪声成分,无法根据信号特征判断机床实际运行状况。为了提高对特征参数提取对信号实施降噪能力,根据谱图小波转换理论与实际应用过程,构建了一种对一维数字信号分析的谱图小波阈值降噪(spectral wavelet threshold denoising,SWTD)算法,再通过仿真信号与机床主轴振动信号降噪方式验证了谱图小波阈值降噪可靠性。研究结果表明:机床主轴振动信号包含的有用频率基本都处于400 Hz范围内的低频区。完成降噪后,SWTD降噪信号形成了稳定幅值,已经接近初始信号,包络谱内超过400 Hz的高频段已被消除,形成了由主轴自转频率与滚切频率构成的主体成分,观察到明显主轴自转频率特征,表明该方法相对小波阈值降噪结果具备更优性能。

机床主轴精度检测试验

机床主轴精度是机床的重要性能之一,通过检测试验,即能获得主轴精度的具体数值。

数据机理驱动的机床主轴热精度建模方法研究

主轴热精度问题是造成精密数控机床精度下降的主要原因,传统数据驱动的热精度建模方法强调建模算法的优化,忽略了热精度特性分析,导致鲁棒性低、解释性差和模型结构复杂等问题。对此,从数据机理的角度出发分析主轴热精度特性,针对性的提出热精度建模方法。热精度建模前需要选择温度敏感点(TSPs),利用LASSO算法实现TSPs自适应选择;基于分位数回归分析证明TSPs存在双重变动性,利用复合分位数回归算法提高建模精度;工况条件变动易造成模型泛化能力下降,利用L2正则化算法提高模型稳健性。最终提出基于复合分位数回归结合弹性网络正则化的主轴热精度建模方法。实验表明,利用所提建模方法补偿后机床热误差波动在±2μm以内,相比补偿前精度提升93.3%,所提建模方法具有预测精度和稳健性高、自适应性强和解释性好的优势。

龙门机床主轴系统关键技术研究及应用

龙门机床作为通用机床中的主要产品,在机床产品中占有很大的市场份额。机床主轴作为关键部件之一,其系统的模块化规划与设计,须满足立式加工类设备的整体需求,其中,重载型主轴系统主要用于重型机床,文中介绍了作为龙门类机床主要部件之一的主轴系统的模块化设计和难点问题解决办法。

超高速磨削机床主轴空间误差激光补偿方法研究

研究超高速磨削机床主轴空间误差激光补偿方法,合理测量超高速磨削机床主轴空间误差后,提出可行的补偿方法。利用模态分析方法,分析超高速磨削机床主轴的运动特性,获取超高速磨削机床主轴加工时的频率与振型,依据主轴运动特性,测量超高速磨削机床主轴空间误差;构建空间误差测量系统,并向机床内安装激光跟踪仪,将跟踪仪测量的结果传输至空间误差测量系统,空间误差测量系统采用克里金差值方法,获取主轴固定点范围内的空间误差,得到大量的空间误差样本;利用雅可比矩阵方法,补偿若干空间误差样本,得到超高速磨削机床主轴运动状态下的误差补偿量。经实验验证:该方法测量得到的空间误差与实际误差十分接近,经补偿后采用该机床加工的工件表面粗糙度更低,且表面纹理误差与轮廓的偏斜度更小。

机床主轴机构模态和振动特性分析与主轴径向回转误测试方法的研究

本文以一特定机床主轴作为研究对象,首先利用传递矩阵法对主轴的参数进行确定、简化轴承等模型,使用有限元法对主轴模型进行带预应力的模态仿真。随后,本文使用垂直两点法测试了多组不同转速下的主轴回转误,并使用频域两点法对误差进行分离计算得到同步误差和异步误差。结果显示,由异步误差异常高导致的回转误差异常高转速区间的转速基频与模态分析结果的第一、四、五阶模态频率相对应。为提高机床主轴的精度和稳定性提供理论依据和实验基础。

“机械制造技术基础”中机床主轴回转误差的教学思考

“机械制造技术基础”是机械类专业的必修课程之一,该课程的知识积累为其他专业课的学习奠定了坚实基础。机床是该课程着重讲述的关键内容,其主要包括机床的基本结构、工作原理、传动原理及加工方式等内容,而机床主轴回转误差则会对加工精度产生重要影响。本文针对机床主轴回转误差教学内容,提出从主轴回转误差的基本形式、主轴回转误差的动态轨迹描述、主轴回转误差相关的科研问题、学生互动讨论四方面展开教学工作。本文提出的机床主轴回转误差教学方法有助于提高学生的积极性,激发学生的兴趣爱好,使学生在探究中掌握基础知识。

机床主轴精度特性的弹性冗余空间机构参数研究

阐述零件表面几何特征随静、动联接面的弹性映射与运动映射规律,将多零件几何误差转换为旋转轴芯的误差运动,并以悬浮凸轮复演轴芯误差运动为准则构造等效凸轮轮廓;建立机构结构、凸轮轮廓、构件弹性等与机床主轴结构、零件表面几何特征以及零件弹性之间的等效关系,将机床主轴精度随各影响因素的变化关系分析问题转换为机构输出运动随机构几何与弹性参数的变化关系分析问题,并以典型机床主轴为例进行计算等效和试验验证。

基于改进PSO算法的数控机床主轴优化设计

通过分析主轴结构和加工过程中受载变形情况,建立了主轴优化设计的数学模型。根据邓克莱法计算得到的一阶固有频率近似值,引入动态约束条件。针对传统优化设计方法在解决主轴优化设计中出现的问题,引入粒子群优化(PSO)算法,并提出了一种惯性权重值适应性递减的粒子群(ADW)算法。将ADW算法用于数控机床主轴优化实例中,得到主轴结构参数优化组合。研究结果表明,运用所建立的主轴优化设计数学模型及改进粒子群算法可以得到主轴结构参数优化组合,充分显示了该研究方法的有效性。

机床主轴回转精度的CCD测量系统

利用数字图像处理技术,建立了一套主轴回转精度的CCD测量系统。该系统由CCD光电检测系统、微机和数据处理软件组成。软件系统基于Matlab开发,硬件部分由高速CCD摄影机等组成。对数据处理和误差评定进行了探讨。该系统用于车床主轴回转精度的实际测量,取得了良好效果。

基于软件同步的机床主轴回转精度测试

机床主轴回转精度反映了主轴回转时轴心线在空间所产生的运动误差,该误差是机床加工误差的主要来源之一。传统测试方法的理论非常成熟,但是测试时的安装非常不方便。本文分析了软件同步技术的原理和适用场合之后,并将该原理运用到车床回转精度测试系统的数据前处理过程中,替代了传统的角度测试装置——编码器。该技术的运用降低了车床主轴测试安装要求,使测试系统更适用于现场测试;同时也降低了测试系统的成本,提高了其适应性。

机床主轴运动误差的在线高精度测量

常规时域三点法误差分离技术可以在线测量机床主轴的回转运动误差 ,但初值问题是影响测量精确程度的主要因素。为此 ,作者提出了先使用频域法确定表面形状误差的误差初值 ,然后用时域三点法测量数控机床主轴运动误差的新方法。该方法有效地解决了限制时域三点法应用的初值问题 ,实验证实了该方法的正确性。

基于ANSYS的机床主轴结构优化设计

运用APDL建立机床主轴的参数化有限元模型,应用ANSYS优化设计功能,以主轴的重量为优化目标,对主轴的支承跨距、外径、悬伸长度和传动件安装位置进行了优化计算,并对优化结果进行了分析。结果表明:主轴结构优化后,在保证机床各种性能的前提下,主轴重量得到有效的减小。

机床主轴回转误差对零件加工精度的影响

分析了引起机床主轴径向跳动的原因,通过建立机床主轴径向跳动的数学表达式,研究了主轴径向跳动引起的回转误差在车削和镗削加工中对零件加工精度的影响.