立式微型数控铣床整机结构的有限元分析

为保证机床的精度满足微细铣削加工实验的要求,必须校验机床整机设计能否满足设计要求.在Pro/ENGINEER软件平台上,根据微型铣床各部件实际结构、尺寸和组成特点建立整机装配几何模型.通过理论、实验及有限元仿真相结合的分析方法,利用ANSYS有限元分析软件对所设计的立式微型数控铣床整机进行了静力学分析和动态特性分析,对整机在结构设计上能否满足加工精度设计要求进行了校验,并对今后机床整机设计提出新的方法.     

基于接触热阻的机床热特性研究

考虑机床结合面接触热阻利用有限单元法对机床整机热特性进行了深入研究。以立式加工中心整机为研究对象,建立了机床热边界条件,并对机床整机模型在有、无接触热阻两种情况下的温度场分析结果进行比较,论证了接触热阻对整机温度场分布的重要性。基于机床工作空间的形成,选定了机床整机典型位置工况,利用典型位置工况下的整机温度场分析结果,并通过热结构耦合分析方法对整机进行热变形分析。引用国家机床几何精度检验标准中的线性偏差与角度偏差评价机床整机热变形规律,结果表明机床沿Z坐标方向的热变形较大,故需对该向零部件结构或参数予以着重优化改进。     

三轴数控机床静态精度设计研究进展

国内三轴数控机床存在精度低和可靠性差的问题,而机床精度和可靠性可通过合理的静态精度设计方法得以保证.机床静态精度设计方法包括加工精度稳健设计方法和静态几何精度设计方法,针对两种精度设计方法的衔接合理性和工程应用实用性低的问题,在深入调研机床静态精度设计研究成果的基础上,从机床空间误差建模、平动轴几何误差元素辨识、关键几何误差元素溯源和加工精度稳健设计以及静态几何精度设计这5个关键问题着手,分别给出具体的解决方法,并形成一套完整的三轴数控机床静态精度设计系统实施方案,为完善机床几何精度设计和静态几何精度设计提供了参考.     

滚柱直线导轨副结合面参数识别与数值模拟

导轨副结合面静、动态特性对于机床整机性能有着显著的影响,导轨副结合面参数准确识别是机床整机性能预测的基础。国内现有导轨副设计方法落后,严重制约了机床功能部件及整机制造行业的发展。建立一种实用的滚柱直线导轨副动力学建模方法,采用有限元法对导轨副的自由和约束模态进行分析研究,并分别进行了实物模态特性测试,最后将仿真分析结果和实验测试结果进行对比。结果表明:仿真计算结果与试验结果的误差在8%以内,所建立的滚柱直线导轨副动力学模型具有较高的精度,可用于导轨副乃至机床整机特性预测。     

基于线性响应面法的机床几何误差灵敏度识别

机床各零部件几何误差是影响机床精度的主要因素,识别各项几何误差对机床精度的灵敏度可以为机床精度分析提供理论依据与参考。基于多体系统和线性响应面法,提出了一种对机床精度解析模型的灵敏度识别方法。以一台5轴卧式数控铣床为例,对提出的模型和算法进行了应用,首先建立机床的几何精度模型,利用插值抽样技术提取模型样本点,从而构造机床的几何精度线性响应面模型,通过计算与分析该模型的敏感度系数,从而识别出机床的关键性几何误差。计算示例表明,该方法可以有效计算出机床各项几何误差的敏感度系数,对于机床几何误差参数较多且各项误差耦合关系复杂时有一定的适用性。     

高速精密数控立式加工中心整机静动态特性分析

利用Pro/E强大的三维建模功能建立立式加工中心整机数学模型;采用有限元分析的基本方法和理论对整机进行静动态特性分析,根据静态计算结果和振型图找出结合部薄弱环节并对整机的动态特性做出评价;用专门的实验设备得出机床整机的静态和模态数据,来验证分析结果的正确性,为以后类似机床整机模型的有限元分析和无样机条件下的机床虚拟设计提供参考。     

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮机床静动态特性仿真分析

以变双曲圆弧齿线圆柱齿轮专用机床为研究对象,建立了简化的有限元模型,在ANSYS Workbench中对专用机床进行静动态特性分析.通过对机床在仅受重力以及重力与铣削力共同作用两种条件下的整机静态特性进行分析,找出机床结构系统静刚度的薄弱环节,并提出改进方法;通过整机模态分析获得了前六阶固有频率及振型,同时基于模态分析...     

基于多体系统理论的车铣中心空间误差模型分析

数控机床的误差建模是进行机床运动设计、精度分析和误差补偿的关键技术,也是保证机床加工精度的重要环节.本文利用多体系统理论来构建超精密数控机床的几何误差模型,该模型简便、明确,不受机床结构和运动复杂程度的限制,为计算机床误差、实现误差补偿和修正控制指令提供了理论依据.在机床实际应用中,可以利用由精密机床误差建模所推导出的几何位置误差来修正理想加工指令,控制机床的实际运动,从而实现几何误差补偿,提高机床加工精度.     

机床轻量化设计结构与性能研究——卧式车床支承件结构特征与静态特性分析

针对机床轻量化设计的关键问题——结构与性能关系进行了研究。以卧式车床支承件为研究对象,对其支承件结合面形式、几何结构类型及结构特征进行了分析;并基于对切削加工工况、载荷和约束特点的分析,应用有限元方法对各支承件的静态特性进行了研究;总结了支承件几何结构类型与支承件静态特性的相应关系。通过研究支承件的结构与静态特性,得出卧式车床中梁、板和箱体三类支承件的变形主要为整体的弯曲、倾覆和扭转以及导轨的局部弯曲和扭转变形。研究结果为卧式车床支承件的结构设计和优化提供了一定的参考依据。     

机床轻量化设计结构与性能研究——卧式车床支承件结构特征与静态特性分析

针对机床轻量化设计的关键问题——结构与性能关系进行了研究。以卧式车床支承件为研究对象,对其支承件结合面形式、几何结构类型及结构特征进行了分析;并基于对切削加工工况、载荷和约束特点的分析,应用有限元方法对各支承件的静态特性进行了研究;总结了支承件几何结构类型与支承件静态特性的相应关系。通过研究支承件的结构与静态特性,得出卧式车床中梁、板和箱体三类支承件的变形主要为整体的弯曲、倾覆和扭转以及导轨的局部弯曲和扭转变形。研究结果为卧式车床支承件的结构设计和优化提供了一定的参考依据。     

开放式数控系统摩擦补偿的实现

摩擦是引起数控机床换向误差的主要因素之一,降低了数控机床的加工精度。在机床换向时,摩擦力表现出非常强的非线性,不利于机床的高精度控制。在搭建的开放式数控系统平台上,通过对速度环施加脉冲补偿量实现了对摩擦的补偿,有效降低了轮廓误差。     

自适应控制在并联机床上的应用

本文在分析了并联机床运动性和动力学基础上，运用具有比例微分前馈环节的模型参考自适应系统设计方法，实现了对并联机床的动态控制。仿真结果表明，该控制方法具有滤波作用，能够很好的抵抗外界噪声，动态特性良好。     

基于Java Web的数控机床优化设计知识库管理平台

为实现对数控机床优化设计知识更精确的查询与管理,以Eclipse为集成开发环境,利用Tomcat服务器、MySQL数据库、Spring、SpringMVC、MyBatis框架技术,设计基于Java Web的数控机床优化设计知识库管理平台。平台分为专供用户使用的前台和专供管理员使用的后台,并使用B/S结构以体现网络数据信息化的优势。结果表明:该平台能够在解决基本数控机床优化设计知识数据管理问题的同时提升数控机床优化设计知识管理的效率,并为用户提供更好的数控机床优化设计知识数据信息查询环境,有效实现设计知识的检索和应用。通过两个实际应用案例,证明了所设计平台的可行性和实用性。     

附加质量块对机床结构动态特性的影响研究

结构动力学优化设计是提高机床加工精度的有效途径,而机床结构各组成部件的合理化布局又是影响机床动态性能的关键因素.本文首先对XH786立式数控加工中心整机进行优化建模,然后采用附加质量块方法,对机床在同一位置处添加不同的质量块以及在不同位置添加相同质量块对整机动态特性的影响进行了研究,结果表明:不同的质量块安放在机床同一位置,对机床整机的动态特性前几阶影响较大,高阶影响较小;相同的质量块安装在机床不同位置,位置变化对机床的整体动态性能有较大影响.本研究为机床结构各组成部件的质量与位置布局优化提供了理论基础.     

基于有限元分析的拉刀磨床床身结构优化设计

床身是机床的重要基础件,它的动态特性和静态特性直接影响到机床的精度和稳定性.在设计阶段通过建立QMK008拉刀磨床床身的实体模型和有限元模型,基于有限元方法进行仿真计算,得到了原始设计方案床身的变形和模态.根据床身的结构特点和刚度要求对原始方案进行改进,通过有限元分析和对比,发现增加壁厚和筋板厚度床身刚度没有明显提高,采用米字型筋板可以提高床身的静刚度和狭长形床身的固有频率,增加地脚螺栓个数对于提高床身动静刚度也有明显作用.     

立式加工中心空间误差验证及补偿

为提高某立式加工中心整机加工精度,借助旋量理论建立完备立式加工中心空间误差模型,在此基础上实现机床空间误差有效补偿.以旋量理论为基础推导并建立机床刀具运动链与工件运动链运动学正解,分析机床21项几何误差原理,在考虑21项几何误差的基础上建立该立式加工中心完备空间误差模型;利用九线法完成各项几何误差辨识;基于旋量运动学正解求解机床运动学逆解后得出运动轴实际运动路径,并通过体对角线实验对比补偿前后的效果.结果表明:所提补偿方法补偿效果显著,验证了机床空间误差模型的准确性,实现了提高机床加工精度的目的.     

Modeling and simulation of adaptronic drilling tool axes as the basis of control design

Drilling bars with great overhang are used for the purpose of deep drilling. Vibrations of the drilling bar and changing cutting forces based on form and position errors of a pilot hole are interrupting influences within the manufacturing process. Therefore the Fraunhofer IPT is developing an intelligent adaptronic drilling tool which enables the use of different redundant adaptronic systems each consisting of piezoactuators, solid-state joints and sensors in order to improve the accuracy of the drilling process. This paper presents the physical state-space model of the static und dynamic behaviour of one adaptronic system as the basis for further control synthesis and describes a useful tool for the multidiscipline design of the system. The starting model parameters are calculated by FEM-simulation and are fitted to measured data by an optimisation-algorithm based on Newton’s method. By describing the piezoelectric hysteresis the linear model of the mechatronic transfer behaviour is extended to a nonlinear model, which is the starting point for complex control designs for adaptronic machine tools.     

数控机床进给系统静动态特性分析

进给系统作为数控机床的主要组成部分,其性能直接影响机床的加工精度和加工效率,对其静动态特性进行分析有着重大的意义。运用有限元方法对数控机床进给系统进行静动态特性分析,得到进给系统的静力变形云图、固有频率以及振动特性。分析结果表明:进给系统最大变形为5.6μm、最大屈服应力为2.8 MPa、安全系数达到15,均符合要求,说明系统结构刚度好,设计合理;模态分析结果为预防共振、保证加工质量提供了理论依据,有一定的工程应用价值。     

Machine tool component error extraction and error compensation by incorporating statistical analysis

The extraction of component errors of a machine tool’s axes is a critical step for the synthesis of 3D volumetric error mapping, which is a prerequisite to improve the machine tool accuracy by numerical error compensation. This paper presents a method for the extraction of machine tool component errors from a statistical point of view. First, the B-Spline mathematical model is established to represent the component error function, and the least-squares fitting method to measured data points is presented. Then, statistical analysis is used to select the B-Spline model with proper flexibility, so as to separate repeatable errors from random errors in the measured data. Finally, based on the component error extraction method, numerical error compensation experiments were conducted on the XY-plane of a high precision machine tool by using a cross-grid scale system. According to the statistical analysis of the experimental data, all repeatable errors except the dynamic errors caused by machine tool control system were compensated for.