数控机床磁悬浮直线同步电动机混合H_(2)/H_(∞)鲁棒控制器设计

针对数控机床磁悬浮直线同步电动机控制系统,提出混合H_(2)/H_(∞)鲁棒控制。首先,考虑不确定H_(∞)扰动以及端部效应等因素建立数控机床磁悬浮直线同步电动机的数学模型。其次,将鲁棒H_(∞)控制与线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)相结合,设计一种基于LMI的鲁棒H_(2)/H_(∞)控制器。再次,为提高系统的动态性能,设计基于LMI的混合鲁棒控制器。最后,仿真H_(2)/H_(∞)结果证明在保证系统鲁棒稳定的前提下,混合鲁棒控制可有效提高系统的收敛速度和响应灵敏度。

汽车零部件加工的自动夹持搬运装置设计

汽车零部件具有量产需求,常用数控机床进行加工,具有加工精度高,高效率,高灵活性等优势,能够有效的解决批量化生产的问题^([1])。目前,很多汽车零部件都采用数控机床加工零部件,但数控机床上工件的搬运和夹持基本依靠人工搬运,不仅占用大量人工成本,同时带来了安全隐患。本设计主要解决汽车零件自动装夹装置,设计使用双工位机械抓,利用三轴滚珠丝杠作为移动机构,利用气动装置实现机械手自动夹持,实现数控机床的自动夹持和搬运。

直线电机及其在超高速机床上的应用

介绍机床上应用直线电机的进展情况，研究直线电机高速数控进给单元的组成和设计中应解决的主要问题，指出直线电机的优越性、存在问题及其应用前景。

数控机床高速化的研究与应用

高速加工是继数控技术之后使制造技术产生第二次革命性飞跃的一项高新技术 ,它不但具有极高的生产效率 ,而且可显著提高零件的加工精度和表面质量。在简要分析高速加工的发展情况后 ,论述了超高速加工中心的两项关键技术——高速电主轴和直线电机高速进给单元 。

数控机床用直线电机伺服试验平台开发及应用

在分析数控机床用直线电机驱动伺服系统动态特性的基础上,概括了直线伺服系统抑制外部扰动、提高稳态精度、提高动态响应速率以及增强鲁棒性的先进控制策略,研制了数控机床用直线电机驱动伺服系统综合试验平台及其调试软件,最后,指出了直线电机在使用过程中其他一些值得关注的技术问题。

高速加工对机床传动与结构的影响

分析了高速加工对机床的新要求，阐明“零传动”是高速机床理想的传动方式。着重研究了高速电主轴和直线电机高速进给单元的结构特点和设计原理，提出了改善高速数控机床热态与动态特性的方法与措施。最后对加快我国高速数控机床生产与技术的发展提出了若干建议。

高速电主轴设计制造中若干问题的探讨

探讨了电主轴的优良特性 ,介绍了基本参数和结构类型的选择 ,分析了电主轴的两大内部热源 :内置电动机和主轴轴承。提出了降低电主轴温升的两大措施 :电动机外循环油冷和陶瓷球轴承及其油 -气润滑 ,讨论了高速电主轴动平衡设计的原理与方法。

步进电机的选型与计算

步进电机在机床数控改造、计算机外围设备制造以及需要开环控制的领域中有着较广阔的使用空间。正确选用步进电机是用好步进电机的关键。本文在概述了步进电机的特点和使用特性的基础上,详细介绍了步进电机的选型及其计算方法。

超精密桌面微细铣削机床的研制

研制了一台适用于微细加工的三轴联动超精密微细铣削桌面机床,采用立式结构,总体尺寸为(610×650×630)mm。从机械结构的整体设计和控制系统搭建两方面对设计的超精密微细铣削机床进行了介绍,并应用有限元对机床进行了分析。机床控制系统采用PC加运动控制器的开放式控制系统,配以高精度直线电机以及高分辨率光栅尺构成了全闭环控制系统。最后使用直径50μm螺旋角度为60°的端铣刀在不锈钢304表面上进行的加工实验,验证了研发的桌面铣床的实际加工性能。

经济型数控机床半闭环控制及螺距误差补偿

为实现开放式机床控制器可移植性要求,提出一种可应用于交流伺服电机和步进电机的基于虚实映射的半闭环控制结构模型。在此基础上,讨论了针对步进电机的经济型机床半闭环结构的比例+积分的控制器设计方法。为降低机床传动机构所产生的螺距误差,通过激光干涉仪实际测量正反向定位值,将测量结果作为一个非线性环节引入半闭环结构中实现机床的螺距误差补偿。实验结果表明,该方法可实现机床伺服轴定位累积误差由220μm缩小到11μm。

永磁直线电机微铣削系统的设计和性能研究

介绍了自行研制的小型超精密数控微铣削系统构成。针对该系统着重讲述采用永磁直线电机作为驱动源的精密滑台部分的结构及数控系统设计。经伺服环调节及性能实验验证,系统具有优良的动、静态控制性能,通过测定并利用统计方法计算确定系统水平进给工作台的定位精度达到亚微米级。通过微薄壁结构工件铣削试验结果表明,系统具备微细铣削加工能力,并可实现大深宽比三维微小零件的加工。最后分析了工件尺寸误差的成因。

基于前馈及反馈补偿的高性能直线伺服系统

数控机床用直线电动机在工作过程中,推力波动、负载扰动和非线性摩擦等各种扰动因素降低了直线伺服的性能。为抑制扰动满足数控机床直线伺服系统速度跟踪性能的要求,在分析永磁直线同步电动机数学模型和各种扰动因素的基础上,引入具有动态递归特性的Elman神经网络,设计出具有前馈及反馈综合补偿效果的复合控制器,不仅可以对各种扰动进行反馈补偿,而且对速度给定信号进行预测前馈补偿控制,提高了直线伺服系统的跟踪精度和响应速度,仿真结果验证了Elman神经网络的动态性能及综合补偿的优点,表明了复合控制方案的有效性和可行性。

CXK650型数控机床切削参数优化及实时监控系统开发研究

基于交流电机驱动器,开发了一种数控加工切削参数优化软件及实时监控系统。它主要是由计算机、交流电机驱动器、加工主电机三部分组成。首先,将工件和刀具材料、机床型号等相关信息输入计算机,得到优化的切削参数,并确定电机转速、电流和功率的合理波动范围。在进行切削加工时,该系统可实时地采集主电机的电流数据等进行分析处理。当电机工作电流、功率超出设置的波动范围时(如发生刀具损坏等情况),控制程序会将有关控制指令(如暂停等)发送给交流电机驱动器,使主电机暂停工作。因此,该系统既可优化切削参数,又可实时监控加工主电机的工作电流、转速等信号,确保加工过程稳定、可靠。

基于电流信息的机床传动系统监测与诊断

针对数控机床传动系统缺乏有效的监测诊断手段,利用驱动伺服电机电流信号的高信噪比、易于测量、不受系统结构影响的特点,提出了基于伺服电机电流信号的机床传动系统监测诊断方法。在分析传动部件对伺服电机电流信号影响规律的基础上,讨论了电机电流的循环自相关解调技术,设计开发了相应的监测诊断系统。为保障数控机床运行的稳定性,促进监测诊断技术的进一步发展具有重要的意义。

高精数控机床永磁直线进给工作台的力学性能分析

高精数控机床永磁直线进给系统的力学特性严重影响机床性能,为研究直线进给系统的力学性能,将永磁直线同步电动机动子与工作台作为一体化结构,利用有限元法对在直线电动机法向电磁力作用下的进给工作台分别进行静力学和动力学分析,并对样机进行了振动测量。结果表明:永磁直线同步电机动子与工作台作为一体结构的变形比电机动子单一结构的变形大,固有频率也有所降低,更易产生共振。精密机床的直线进给系统作为机电一体化结构,应将电机和机械结构作为整体进行分析研究才有实际意义。

直线电动机在数控机床中应用的特殊性问题研究

直线电动机不需经过任何中间转换机构就可直接进行直线驱动,是现代数控机床高速、高精度伺服系统进给驱动的理想部件。详细讨论了直线电动机在数控机床上应用过程中的特殊性问题,包括直线电动机的选型、与机床本体的结构对接、电动机的发热与冷却、导轨的选择和工作台的轻化等,还分析了直线电动机的端部效应、防磁措施、法向磁吸力和伺服控制策略以及其它一些相关的特殊性问题,并提出了相应的解决方法。

数控机床主轴及主轴电机温度检测与控制系统

介绍了一种数控机床主轴及主轴电机温度检测与控制系统。该系统采用C8051F350单片机为主控芯片,选用TN9红外温度传感器与高精度pt100温度传感器作为数控机床主轴及主轴电机温度的检测元件,采用KeilC和LabWindows/CVI开发了下位机温度采集程序及上位机温度监控程序。详细介绍了系统的设计思路及具体的实现方法,并给出了下位机程序流程图及Lab-Windows/CVI编程实例。实验结果表明,该系统具有灵敏度高、实时性好、稳定、准确、操作简单等优点,为数控机床的加工精度及安全无故障运行提供了保证。

面向数控机床直驱电机应用测试研究

针对直驱电机应用于高档数控机床带来的新问题,根据数控机床的粗、精加工情况及直线电机闭环矢量控制原理,提出了直线电机的低速轻载推力波动、高速重载推力波动、电流环响应、闭环速度环响应、闭环位置响应5项面向数控机床直驱电机评价指标。利用直驱电机应用测试平台系统,对直线电机的评价指标进行相应的应用性测试分析研究,并提出了改进意见。

数控机床三明治复合结构进给系统热特性改进设计

在数控机床的直线电机进给系统运行中,绕组线圈发热、铁心磁滞发热及其它机械摩擦发热,会导致温升过高,产生热变形,从而影响工件加工精度。该研究将添加了相变材料的高孔隙率泡沫金属三明治复合结构应用于直线电机的改进设计中,通过对多孔金属和相变材料的分析,动子底板采用铝金属泡沫为基体、并填充石蜡的复合结构,在金属泡沫芯的外围通过钢板进行覆盖及密封。采用有限元仿真实验分析可得,该复合结构比纯钢结构温度场分布均匀、温升低、更快趋于热平衡,有利于减小机床的热变形,提高加工精度。

基于有限元法的永磁直线同步电动机动子瞬态振动预测

提出在设计阶段进行永磁直线同步电动机动子振动预测的方法。利用有限元分析方法对电动机动子进行动力学计算,获得加速度频响函数;对电动机进行电磁力分析,建立电磁力、电流的关系;利用MATLAB对电动机进行瞬态运行仿真,获得瞬态电磁力;运用加速度频响函数得到动子瞬态加速度响应。仿真结果显示:瞬态比稳态振动更复杂。该方法为永磁直线同步电机的优化设计提供依据。