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Integral sliding mode control for flexible ball screw drives with matched and mismatched uncertainties and disturbances 被引量:2
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作者 包达飞 汤文成 董亮 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第9期1992-2000,共9页
The design of servo controllers for flexible ball screw drives with matched and mismatched disturbances and uncertainties is focused to improve the tracking performance and bandwidth of ball screw drives.A two degrees... The design of servo controllers for flexible ball screw drives with matched and mismatched disturbances and uncertainties is focused to improve the tracking performance and bandwidth of ball screw drives.A two degrees of freedom mass model is established based on the axial vibration characteristics of the transport ball screw,and the controller of an adaptive integral sliding mode is proposed combining the optimal design of state feedback gain matrix K to restrain the vibration and the matched disturbances and uncertainties.Then for the counteraction of the mismatched disturbances and uncertainties,a nonlinear disturbance observer is also developed.The trajectory tracking performance experiments and bandwidth analysis were conducted on experimental setup with the proposed control method.It is proved that the adaptive integral sliding mode controller has a high tracking performance and bandwidth especially for the axial vibration characteristics model of ball screw drives.And the ball screw tracking accuracy also has a considerable improvement with the application of the proposed nonlinear disturbance observer. 展开更多
关键词 ball screw drives matched and mismatched disturbances and uncertainties axial vibration characteristics adaptive integral sliding mode control nonlinear disturbance observer
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Three-dimensional Modeling for Predicting the Vibration Modes of Twin Ball Screw Driving Table 被引量:5
2
作者 WANG Renche ZHAO Tong +1 位作者 YE Peiqing LIU Yan 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第1期211-218,共8页
As a redundant drive mechanism, twin ball screw feed system has the advantage of high stiffness and little yaw vibration in the feeding process, while leads to increased difficulty with vibration characteristics analy... As a redundant drive mechanism, twin ball screw feed system has the advantage of high stiffness and little yaw vibration in the feeding process, while leads to increased difficulty with vibration characteristics analysis and structure optimization. Only low-dimensional structure and dynamics parameters are considered in the existing research, the complete and effective model for predicting the table's vibrations is lacked. A three-dimensional(3D) mechanical model of twin ball screw driving table is proposed. In order to predict the vibration modes of the table quantitatively, an analytical formulation following a comprehensive approach is developed, where the drive system is modeled as a lumped mass-spring system, and the Lagrangian method is used to obtain the table's independent and coupled axial, yaw, and pitch vibration modes. The frequency variation of each mode is studied for different heights of the center of gravity, nut positions and table masses by numerical simulations. Modal experiment is carried out on the Z-axis feed table of the horizontal machining center MCH63. The results show that for each mode, the error between the estimated and the measured frequencies is less than 13%. The independent and coupled vibration modes are in accordance with the experimental results, respectively The proposed work can serve a better understanding of the table's dynamics and be beneficial for optimizing the structure parameters of twin ball screw drive system in the design stage. 展开更多
关键词 twin ball screw drive dynamic modeling vibration mode
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不同指令轨迹条件下滚珠丝杠进给系统运动精度特性研究 被引量:1
3
作者 雷美荣 苏芳 +1 位作者 王舒玮 王晨升 《制造技术与机床》 北大核心 2023年第1期109-113,共5页
滚珠丝杠进给系统是高档数控机床重要部件,其运动精度决定了多轴联动加工机床的加工精度,在高速、高精度滚珠丝杠进给系统中,其指令轨迹参数是影响运动精度的重要因素。基于Simulink和Simscape搭建滚珠丝杠进给系统半物理机电耦合仿真模... 滚珠丝杠进给系统是高档数控机床重要部件,其运动精度决定了多轴联动加工机床的加工精度,在高速、高精度滚珠丝杠进给系统中,其指令轨迹参数是影响运动精度的重要因素。基于Simulink和Simscape搭建滚珠丝杠进给系统半物理机电耦合仿真模型,考虑不同指令轨迹参数,开展运动精度仿真及分析。结果显示,指令轨迹的位置、速度和加速度等参数对滚珠丝杠进给系统运动精度有重要影响,因此,在多轴联动加工机床中,合理规划进给系统轨迹参数对于提高其运动精度具有重要意义。 展开更多
关键词 滚珠丝杠进给系统 指令轨迹 运动精度 仿真分析
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滚珠丝杠进给系统动态特性集中质量建模与仿真 被引量:21
4
作者 罗亮 张为民 +1 位作者 周敏剑 Jurgen Fleischer 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期370-377,共8页
为了研究高速滚珠丝杠进给系统的动态特性,提出一种改进的集中质量建模方法,该方法考虑了滚珠丝杠进给系统基座的质量、柔性及进给系统部件间反向间隙对系统动态特性的影响,并完善了滚珠丝杠进给系统集中质量模型等效参数的计算方法。以... 为了研究高速滚珠丝杠进给系统的动态特性,提出一种改进的集中质量建模方法,该方法考虑了滚珠丝杠进给系统基座的质量、柔性及进给系统部件间反向间隙对系统动态特性的影响,并完善了滚珠丝杠进给系统集中质量模型等效参数的计算方法。以MAG某加工中心X轴滚珠丝杠进给系统为实验对象,对该集中质量模型建模方法进行实验验证,仿真结果与实测结果具有相同数量的特征频率,且特征频率的误差在5%以内。滚珠丝杠进给系统的仿真分析表明,螺母位置改变引起的进给系统固有频率变化将影响伺服系统的稳定性,滚珠丝杠进给系统中的反向间隙会激励部件产生高频振动,给进给系统带来不利影响。 展开更多
关键词 滚珠丝杠 进给系统 动态特性 反向间隙 集中质量
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数控机床双丝杠驱动直线进给系统静动态特性分析 被引量:9
5
作者 丁喜合 袁军堂 +1 位作者 汪振华 董香龙 《机械设计与制造》 北大核心 2014年第3期155-157,共3页
双丝杠驱动进给系统在高速、高精和重载的机床上的应用日益广泛,其静动态特性的好坏对机床性能的影响十分突出.以数控机床双丝杠驱动直线进给系统为研究对象,用有限元法对其静、动态特性进行分析,并与单丝杠驱动直线进给系统进行对比.... 双丝杠驱动进给系统在高速、高精和重载的机床上的应用日益广泛,其静动态特性的好坏对机床性能的影响十分突出.以数控机床双丝杠驱动直线进给系统为研究对象,用有限元法对其静、动态特性进行分析,并与单丝杠驱动直线进给系统进行对比.分析和对比结果表明:相对于单丝杠进给系统,在丝杠截面积相同情况下双丝杠进给系统静态刚度提高(34~37)%,沿丝杠轴向振动的振型下的固有频率提高21.2%,绕工作台法向的扭转振型下的固有频率高出34.1%,轴向薄弱环节下的共振频率亦高出21%. 展开更多
关键词 滚珠丝杠 双驱动 进给系统 静态特性 动态特性
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滚珠丝杠进给系统仿真建模 被引量:15
6
作者 王永强 张承瑞 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2013年第3期46-49,55,共5页
为在设计阶段获得滚珠丝杠进给系统相对精确的二阶数学模型,提出基于Lyapunov稳定性理论建立模型参考自适应系统,以二阶系统为参考模型,以理论模型为控制对象的仿真建模方法。结合实例,建立考虑粘性摩擦和传动刚度的滚珠丝杠进给系统理... 为在设计阶段获得滚珠丝杠进给系统相对精确的二阶数学模型,提出基于Lyapunov稳定性理论建立模型参考自适应系统,以二阶系统为参考模型,以理论模型为控制对象的仿真建模方法。结合实例,建立考虑粘性摩擦和传动刚度的滚珠丝杠进给系统理论模型,运用MATLAB/Simulink建立模型参考自适应系统仿真模型,并用仿真结果推导出进给系统二阶数学模型。结果表明:二阶模型的输出能很好地跟踪理论模型输出;对两模型输入1ms单位脉冲信号时,相对误差在0.314%以内。 展开更多
关键词 滚珠丝杠 进给系统 仿真建模 LYAPUNOV稳定性理论 模型参考自适应系统
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滚珠丝杠进给系统轴向一阶固有频率量变规律 被引量:4
7
作者 王永强 张承瑞 翟鹏 《沈阳工业大学学报》 EI CAS 北大核心 2013年第1期58-62,共5页
为了定量分析高速机床进给系统部件参数对一阶固有频率的影响,将滚珠丝杠看作弹性杆件,运用拉格朗日方程建立了进给系统轴向运动的动力学模型;利用MATLAB软件对其固有频率进行了求解,给出了进给系统参数变化与轴向一阶固有频率的关系曲... 为了定量分析高速机床进给系统部件参数对一阶固有频率的影响,将滚珠丝杠看作弹性杆件,运用拉格朗日方程建立了进给系统轴向运动的动力学模型;利用MATLAB软件对其固有频率进行了求解,给出了进给系统参数变化与轴向一阶固有频率的关系曲线.结合实例分析了工作台质量、各部件刚度变化对轴向一阶固有频率的影响,发现工作台质量和丝杠螺母刚度是轴向一阶固有频率的主要影响因素.计算结果表明,工作台质量减小10%,轴向一阶固有频率提高4.94%;丝杠螺母刚度提高10%,轴向一阶固有频率提高2.5%. 展开更多
关键词 滚珠丝杠 进给系统 固有频率 丝杠螺母刚度 工作台质量 拉格朗日方程 动力学模型
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双丝杠驱动直线进给系统动态特性分析 被引量:4
8
作者 丁喜合 袁军堂 +1 位作者 汪振华 董香龙 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2014年第3期26-28,32,共4页
双丝杠驱动对于抑制机床在高速和高加减速情况下引起的振动具有显著的作用。以数控机床双丝杠驱动直线进给系统为研究对象,对不同丝杠和导轨跨距下的进给系统进行动态特性分析,得到各阶模态振型和固有频率,并建立了其二自由度系统振动模... 双丝杠驱动对于抑制机床在高速和高加减速情况下引起的振动具有显著的作用。以数控机床双丝杠驱动直线进给系统为研究对象,对不同丝杠和导轨跨距下的进给系统进行动态特性分析,得到各阶模态振型和固有频率,并建立了其二自由度系统振动模型,研究丝杠和导轨跨距对进给系统动态特性的影响规律。分析计算结果表明:随着丝杠跨距和导轨跨距的增加,进给系统绕工作台法向的扭转振动的固有频率和绕丝杠轴向的扭转振动的固有频率越高,抵抗扭转振动和变形能力越强,动态特性越好。 展开更多
关键词 滚珠丝杠 双驱动 进给系统 动态特性
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带广义扩张状态观测器的柔性滚珠丝杠进给系统LQR控制 被引量:3
9
作者 李永梅 包达飞 汤文成 《江苏大学学报(自然科学版)》 EI CAS 北大核心 2019年第4期446-450,457,共6页
为了改善滚珠丝杠进给系统的跟踪性能,采用了带广义扩张状态观测器(GESO)的线性二次型调节器(LQR)进行控制.首先,针对具有轴向振动特性的滚珠丝杠进给系统建立了二自由度质量模型状态方程及传递函数;其次,根据模型的状态方程设计了系统... 为了改善滚珠丝杠进给系统的跟踪性能,采用了带广义扩张状态观测器(GESO)的线性二次型调节器(LQR)进行控制.首先,针对具有轴向振动特性的滚珠丝杠进给系统建立了二自由度质量模型状态方程及传递函数;其次,根据模型的状态方程设计了系统的LQR控制器,为了消除系统受到的外部干扰和反馈中存在噪声影响设计了广义状态观测器;最后,通过仿真和对比试验对设计的控制器性能进行验证.仿真及对比试验结果表明,所设计的带GESO的LQR控制器具有较高的跟踪精度,对于外部干扰和反馈噪声具有抑制作用,能够保证进给系统的鲁棒性. 展开更多
关键词 滚珠丝杠进给系统 二自由度模型 LQR控制 广义扩张状态观测器 鲁棒性
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提高数控机床滚珠丝杠进给系统机械刚度的措施 被引量:21
10
作者 许向荣 宋现春 姜洪奎 《组合机床与自动化加工技术》 2008年第8期1-4,共4页
现代数控机床要求其进给系统在较高进给速度下具有很好的定位精度和较高的速度适应能力,这就要求进给系统要有较高的刚度。文章分析了影响数控机床滚珠丝杠进给系统刚度的主要因素,提出了提高进给系统刚度的技术措施。
关键词 滚珠丝杠进给系统 刚度 滚珠丝杠副 双滚珠丝杠驱动
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进给系统振动特性研究及新型加减速控制策略 被引量:5
11
作者 罗亮 张为民 Jürgen Fleischer 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期160-167,228,共9页
不平滑的运动指令导致数控机床进给过程中产生振动。本研究基于滚珠丝杠进给系统集中质量动力学模型,建立了伺服电机扭矩激励与进给系统响应的理论模型,分析了运动指令加速度曲线功率谱与进给系统振动响应的相关关系。针对加减速策略中... 不平滑的运动指令导致数控机床进给过程中产生振动。本研究基于滚珠丝杠进给系统集中质量动力学模型,建立了伺服电机扭矩激励与进给系统响应的理论模型,分析了运动指令加速度曲线功率谱与进给系统振动响应的相关关系。针对加减速策略中存在的加加速曲线开始点和结束点不连续而引入振动激励的问题,提出一种类余弦加加速加减速控制策略,实现了加加速全过程的平滑过渡。以某滚珠丝杠进给实验台架为例,建立并实验验证了该台架的集中质量动力学模型,在此基础上建立了加减速控制策略激励特性分析的仿真模型,对加减速控制策略的激励特性进行了对比分析。仿真结果表明,类余弦加加速策略的激励特性最小,其工作台响应的功率密度是有限加加速策略的万分之一,是正弦加加速策略的1%。 展开更多
关键词 滚珠丝杠进给系统 集中质量模型 加减速策略 类余弦加加速
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丝杠进给系统的振动模态耦合分析 被引量:8
12
作者 杨晓君 赵万华 刘辉 《机械设计与制造》 北大核心 2012年第10期259-261,共3页
随着现代机床高速高加速化发展,对进给系统提出了更高的要求。为研究丝杠进给系统的振动模态,利用拉格朗日方程建立了考虑丝杠轴向和转角运动耦合的系统运动方程,并利用里兹级数展开对其各阶模态在不同丝杠导程下耦合特性进行分析,同时... 随着现代机床高速高加速化发展,对进给系统提出了更高的要求。为研究丝杠进给系统的振动模态,利用拉格朗日方程建立了考虑丝杠轴向和转角运动耦合的系统运动方程,并利用里兹级数展开对其各阶模态在不同丝杠导程下耦合特性进行分析,同时分析了工作台位置和负载质量变化对丝杠振动频率的影响。通过分析发现丝杠导程决定了轴向和转角的模态耦合程度,而且随着工作台位置和负载质量的变化,丝杠各向振动频率也随之变化。结论为实现机床虚拟设计提供相关理论依据,为实现主动设计与高性能控制奠定了基础。 展开更多
关键词 进给系统 丝杠 运动耦合 振动频率
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基于MATLAB的单、双丝杠进给系统动力学建模分析与比较 被引量:2
13
作者 张韬 袁胜万 崔岗卫 《制造技术与机床》 北大核心 2015年第1期105-108,共4页
以精密卧式加工中心进给系统为研究对象,分别建立其单丝杠驱动和双丝杠驱动进给系统数学模型,对两模型的传动系统动态响应进行分析。计算系统在扭转振动、时变啮合刚度、误差激励等因素作用下的动态响应,分析比较系统动态特性。对比结... 以精密卧式加工中心进给系统为研究对象,分别建立其单丝杠驱动和双丝杠驱动进给系统数学模型,对两模型的传动系统动态响应进行分析。计算系统在扭转振动、时变啮合刚度、误差激励等因素作用下的动态响应,分析比较系统动态特性。对比结果显示,相对于单丝杠进给系统,在丝杠轴径比其小一个级别的情况下,双丝杠进给系统的振动速度幅值能减小35%。 展开更多
关键词 滚珠丝杠 双驱动 动态响应
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双驱动进给系统动态建模及变化规律研究 被引量:1
14
作者 黄俊 袁军堂 汪振华 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第18期148-153,163,共7页
为了研究双驱动进给系统的动态特性,利用能量法建立了双驱动进给系统多自由度模型。该方法考虑了丝杠螺母副,支撑轴承及直线滚动导轨结合面参数的影响;根据拉格朗日方程推导了双驱动进给系统的刚度,质量矩阵,工作台的位移计算公式;数值... 为了研究双驱动进给系统的动态特性,利用能量法建立了双驱动进给系统多自由度模型。该方法考虑了丝杠螺母副,支撑轴承及直线滚动导轨结合面参数的影响;根据拉格朗日方程推导了双驱动进给系统的刚度,质量矩阵,工作台的位移计算公式;数值仿真计算出系统的固有频率,并对其影响规律进行了进一步分析;研究表明系统轴向刚度、工作台的质量和位置是影响一阶固有频率的主要因素,增大丝杠跨距可以抑制工作台的扭转振动。试验结果表明该动力学模型能够准确地反映系统的动态特性。 展开更多
关键词 双驱动进给系统 滚珠丝杠 动态建模 轴向刚度
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坦克炮采用交流全电控制系统的研究 被引量:6
15
作者 臧克茂 李立宇 李匡成 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期549-552,共4页
对应用最新交流调速技术研制出的交流全电炮控系统进行了介绍。该系统的高低向分系统用交流永磁同步电动机(PMSM)及滚珠丝杠螺旋传动代替了由动力油缸等组成的电液伺服系统。方位向分系统也采用了PMSM系统。它的性能有了很大提高;与现... 对应用最新交流调速技术研制出的交流全电炮控系统进行了介绍。该系统的高低向分系统用交流永磁同步电动机(PMSM)及滚珠丝杠螺旋传动代替了由动力油缸等组成的电液伺服系统。方位向分系统也采用了PMSM系统。它的性能有了很大提高;与现装备相比,重量减轻40%,体积减小30%,效率提高35%;计算表明滚珠丝杠的使用期限也达到了3 240 h.可见交流全电炮控系统有很好的应用前景。 展开更多
关键词 自动控制技术 交流电动机调速 火炮控制系统 滚珠丝杠传动 挠性陀螺仪
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四坐标数控龙门加工中心进给传动系统设计 被引量:2
16
作者 王增新 马岩 +1 位作者 王茜 许翠芳 《航空制造技术》 2010年第22期114-117,共4页
进给传动系统负责传递转矩和转速,是数控机床的重要组成部分,其传动精度、灵敏度和稳定性将直接影响工件的加工质量。为了保证机床的定位精度和工作的稳定性,进给传动系统需要具备无间隙、低摩擦、低惯量、高刚性、高谐振以及适宜的阻... 进给传动系统负责传递转矩和转速,是数控机床的重要组成部分,其传动精度、灵敏度和稳定性将直接影响工件的加工质量。为了保证机床的定位精度和工作的稳定性,进给传动系统需要具备无间隙、低摩擦、低惯量、高刚性、高谐振以及适宜的阻尼比等特点。 展开更多
关键词 加工中心 进给传动系统 滚珠丝杠 反向间隙 刚度 预紧 误差补偿
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高速滚珠丝杠进给系统机械性能分析 被引量:2
17
作者 韩阳阳 李亚芹 《机械工程师》 2007年第6期31-32,共2页
提出了在高速滚珠丝杠进给系统中,存在着加速状态时由滚珠丝杠驱动时屈服形变和工作台与滚珠丝杠联结件刚度引起定位精度误差的问题。对滚珠丝杠进给系统机械模型进行了合理的分析。最后指出解决问题的研究方向。
关键词 高速加工 滚珠丝杠进给系统 屈服型变
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高速滚珠丝杠进给驱动系统机械模型的仿真研究 被引量:1
18
作者 吴治明 王均馗 《新技术新工艺》 2011年第7期62-65,共4页
建立了高速滚珠丝杠进给系统的机械模型。重点分析了机械系统对整个进给驱动系统的影响,并利用MATLAB进行计算机仿真分析与研究。同时指出在高速加工过程中屈服形变引起的轨迹误差,并通过反复修改参数得到优化结果,从而找出进一步改进... 建立了高速滚珠丝杠进给系统的机械模型。重点分析了机械系统对整个进给驱动系统的影响,并利用MATLAB进行计算机仿真分析与研究。同时指出在高速加工过程中屈服形变引起的轨迹误差,并通过反复修改参数得到优化结果,从而找出进一步改进的措施。 展开更多
关键词 高速 滚珠丝杠 进给驱动系统
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双驱同步控制的误差预补偿算法与试验 被引量:1
19
作者 卢红 马芳宁 +2 位作者 范维 刘琪 徐一帆 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2019年第5期684-690,共7页
针对双驱进给系统的同步控制,设计了一种新的补偿算法。首先,根据双丝杠工作台的结合部刚度,建立滚珠丝杠运动系统的动力学模型。然后在不同进给速度和工作台位置下,对双驱进给的同步误差进行检测,得到同步误差的多元线性回归模型,利用... 针对双驱进给系统的同步控制,设计了一种新的补偿算法。首先,根据双丝杠工作台的结合部刚度,建立滚珠丝杠运动系统的动力学模型。然后在不同进给速度和工作台位置下,对双驱进给的同步误差进行检测,得到同步误差的多元线性回归模型,利用动力学模型与多元线性回归模型可综合得出双驱同步控制的误差预补偿模型。采用自主研发的双驱进给试验平台进行双驱进给的补偿试验,对比传统的虚拟主轴同步控制策略、主从同步控制策略与本文所提出的误差预补偿控制策略,对双驱进给的速度跟随精度与位置同步精度进行对比分析,试验结果表明,双驱同步控制的误差预补偿策略具有同步精度更高,稳定性更好的优点。 展开更多
关键词 双驱进给系统 滚珠丝杠 补偿算法 试验研究
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基于MATLAB/Simulink高速滚珠丝杠进给系统机械模型的仿真与分析
20
作者 姜鑫 王均馗 《机械制造与自动化》 2011年第3期97-100,共4页
建立了高速滚珠丝杠进给系统的机械模型。重点分析机械系统对整个进给驱动系统的影响,并进行计算机仿真分析。通过实验数据分析掌握温度变化影响的效果。指出在高速加工过程中屈服形变引起的轨迹误差,并通过反复修改参数得到优化结果,... 建立了高速滚珠丝杠进给系统的机械模型。重点分析机械系统对整个进给驱动系统的影响,并进行计算机仿真分析。通过实验数据分析掌握温度变化影响的效果。指出在高速加工过程中屈服形变引起的轨迹误差,并通过反复修改参数得到优化结果,并找出了进一步改进的措施。 展开更多
关键词 高速 滚珠丝杠 进给驱动系统
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