Experiments and Simulation of Thermal Behaviors of the Dual-drive Servo Feed System

The machine tool equipped with the dual-drive servo feed system could realize high feed speed as well as sharp precision. Currently, there is no report about the thermal behaviors of the dual-drive machine, and the current research of the thermal characteristics of machines mainly focuses on steady simulation. To explore the influence of thermal characterizations on the precision of a jib boring machine assembled dual-drive feed system, the thermal equilibrium tests and the research on thermal-mechanical transient behaviors are carried out. A laser interferometer, infrared thermography and a temperature-displacement acquisition system are applied to measure the temperature distribution and thermal deformation at different feed speeds. Subsequently, the finite element method （FEM） is used to analyze the transient thermal behaviors of the boring machine. The complex boundary conditions, such as heat sources and convective heat transfer coefficient, are calculated. Finally, transient variances in temperatures and deformations are compared with the measured values, and the errors between the measurement and the simulation of the temperature and the thermal error are 2 ~C and 2.5 pm, respectively. The researching results demonstrate that the FEM model can predict the thermal error and temperature distribution very well under specified operating condition. Moreover, the uneven temperature gradient is due to the asynchronous dual-drive structure that results in thermal deformation. Additionally, the positioning accuracy decreases as the measured point became further away from the motor, and the thermal error and equilibrium period both increase with feed speeds. The research proposes a systematical method to measure and simulate the boring machine transient thermal behaviors.

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。

考虑负载重心变化的双驱进给系统不同步误差分析

以动梁无滑枕立式复合加工中心双驱进给系统为研究对象,通过详细分析两轴轴间横梁负载运动及系统传动刚度,建立了双驱进给系统的数学模型。利用动态仿真工具Matlab/simulink进行仿真分析,得到横梁负载重心移动及系统刚度对双驱进给系统不同步误差的定量影响关系。并分析了在不同输入速度信号下的不同步误差,得到不同速度输入对双驱进给系统不同步误差的影响关系。

基于MATLAB的单、双丝杠进给系统动力学建模分析与比较

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%。

双驱同步控制的误差预补偿算法与试验

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。

多因素对双驱进给系统不同步误差影响

为研究立式加工中心双驱进给系统结构参数对双轴不同步误差影响规律,以立式加工中心KSMC1250双驱进给系统为研究对象,通过对双驱进给系统动力学分析,建立双驱进给系统不同步误差数学模型,该模型考虑丝杠导轨间距、摩擦等因素;建立动态仿真模型,分析双驱进给系统结构参数对双轴不同步误差的影响。结果表明,在数控机床双驱进给系统结构设计时,应尽量增大丝杠导轨间距,主轴箱部件重心的偏心参数尽量小,且减小主轴箱部件质量,以减小两轴不同步误差,从而提高数控机床加工精度。研究结果为数控机床双驱进给系统结构设计先进控制策略提供参考。

压电式双驱微进给系统设计及定位精度研究

针对压电陶瓷存在的迟滞特性,为提高微动台定位精度,提出一种基于双驱控制技术的双压电驱动的微进给系统。系统采用运动控制器作为控制部分,双压电陶瓷以推拉形式同时驱动微动台,配置多个位移传感器构成闭环控制系统。为验证系统定位精度,针对压电陶瓷的迟滞特性,采用Preisach-Mayergoyz模型分别进行系统开/闭环控制定位误差对比实验。实验结果表明,相比于单个压电陶瓷驱动,双压电陶瓷同时驱动的情况下系统最大定位误差更小,闭环状态下双压电驱动微动台系统定位精度更高,最大定位误差明显减小,系统稳定性更高。

带有积分环节的双电机伺服系统的改进DMC算法

带有积分环节的双电机伺服系统在实际应用中是十分重要并具有代表性的系统。针对包含积分环节的测控地面站伺服系统,文中提出了一种带有前馈补偿的改进动态矩阵控制(DMC,Dynamic Matrix Control)算法来提高已有PID算法的控制性能。首先,通过重构动态矩阵和移位矩阵来预测带有积分环节系统的未来输出;其次,当系统中存在扰动时,通过加入前馈补偿来提高响应速度和动态控制性能;最后,通过一个仿真实例验证了文中所提算法的有效性。

双驱进给系统动态特性研究

以立式铣车复合加工中心双驱滚珠丝杠进给系统为研究对象,利用ANSYS Workbench建立了包含结合部特性的双驱进给系统有限元模型,分析了丝杠跨距和导轨跨距对双驱进给系统动态性能的影响。分析结果表明:在原有丝杠跨距的基础上继续增大丝杠跨距对双驱进给系统的动态性能影响不明显,而增大导轨跨距能够显著提高双驱进给系统的动态特性。

薄膜电容自动喷金机的研制

薄膜电容自动喷金机是薄膜电容器的重要生产设备,研制的薄膜电容自动喷金机采用双传动比的驱动装置驱动电容器喷金框架运行、纵向喷涂范围调节装置调节喷涂范围、两种无极调速完成喷金送丝速度控制及人机界面与就地按钮盒构成操作系统。取得了生产效率高,节约喷涂材料,满足不同喷金工艺,方便维修调试等实效。

双驱进给系统热误差仿真分析及试验

为了研究双驱伺服进给系统热变形对双丝杠不同步误差的影响,建立了有限元仿真模型。分析了进给系统稳态温度场,通过改变电机转速,分析在不同进给速度下系统达到热平衡的时间和其热变形,得到了双丝杠不同步误差变化规律。使用Renishaw激光干涉仪测得MCH63试验台在不同转速下不同步误差的变化情况,同时将试验结果与有限元分析结果对比。仿真与试验结果表明:双驱结构易造成温度场分布不均而产生不同步误差;随着电机转速的增加,双丝杠达到热平衡时其温度差和不同步误差也会增加。有限元仿真和试验的增幅差值在14%以内,并呈现波动减少的趋势,说明有限元建模和分析的可靠性。因此,该研究可为预测双丝杠进给系统不同步误差提供一种可行的方法。

FMXT-2000落地镗铣床y向双驱进给系统静态特性分析

双驱进给系统在各类机床上的应用越来越广泛,系统静态特性对机床该方向的定位精度影响很大。运用ANSYS Workbench软件对FMXT-2000落地镗铣床的y向双驱进给系统进行静态分析,根据所得数据拟合补偿曲线。经试验证明,补偿之后的定位精度可达到0.008 mm,高于国家标准要求。依据分析结果,考虑切削力、主轴箱质量及滚珠丝杠副刚度对y向双驱进给系统的影响,提出了几种优化方案,可供同类镗铣床垂直进给系统的设计和改进时参考。

龙门移动式双驱进给系统定位误差补偿方法

针对双驱进给系统结构的特性,提出了双轴定位误差建模与补偿方法.分析影响双驱进给系统定位精度的误差来源,建立基于双轴误差数据的龙门移动式双驱进给系统的速度-位置定位误差预测模型.采用开放式数控系统,提出基于交叉耦合的双驱进给系统定位误差补偿方法.在误差补偿过程中考虑双轴动态耦合特性与同步误差和单轴跟随误差耦合作用对误差补偿的影响,并进行误差补偿实验验证.实验结果表明所提出的误差补偿方法提高了龙门移动式双驱进给系统的定位精度和同步精度.

基于机电-刚柔混合的H型双驱进给系统状态相关动态特性分析

动态特性是影响H型双驱进给系统定位精度的关键因素。基于重心驱动原理的H型双驱进给系统在位置状态变化时无法保证双轴驱动力合力通过运动件重心造成系统产生动态误差,从而导致H型双驱进给系统的定位精度提升依然存在困难。从H型双驱进给系统的结构特性分析出发,考虑H型横梁和移动部件位置状态对系统动力学参数的影响,建立了H型双驱进给系统刚柔耦合动力学模型。结合伺服电机控制模型,采用状态空间方法得到H型双驱进给系统的机电-刚柔混合模型。利用模态实验验证所建立的动力学模型的正确性。通过数值仿真分析了系统对阶跃信号、S型信号和斜坡信号的响应特性,得到了H型横梁和移动部件位置状态、进给速度状态和同步控制策略对H型双驱进给系统的动态误差、跟踪误差和同步误差大小的影响规律。所建立的机电-刚柔混合模型能够有效地揭示H型双驱进给系统状态相关参数对系统定位精度的影响,可为H型双驱进给系统同步控制和误差补偿研究奠定理论基础。