直线电机高速进给系统性能优化研究

高速切削技术越来越引起人们的关注。实现高速切削的关键技术之一,是开发具有高速能力的高性能数控机床。机床主轴的转速近年来有很大的提高,而机床进给系统大我仍采用滚珠丝杆传动的方式,使机床的最大进给速度受到限制,阻碍了机床高速性能的进一步发挥。本文介绍了一种采用直线电机直接驱动的机床高速进给系统。采用非线性系统稳定性分析的方法确定系统的参数,并对伺服系统性能进行实验研究。实验证明,用这种方法优化该类系统     

基于直接驱动的数控加工中心设计与静态性能分析

分析了直接驱动方式对机床结构的主要要求,介绍了一种适合于直接驱动的加工中心方案,以及电主轴、直线电机直接驱动进给系统的设计方法,对加工中心的主要结构部件进行了优化设计,利用有限元方法对整机进行了静态特性分析,分析结果表明,整机具有较好的静态性能.     

用于直接驱动机床主轴的大推力圆筒型永磁直线电机的研究

根据机床主轴进给性能指标的要求,计算圆筒型永磁直线电机的主要尺寸参数,然后通过有限元分析对电机的输出性能进行优化。最后设计基于各相独立电流环控制的控制方案,完成机床主轴直线电机进给系统的总体设计。设计的大推力圆筒型永磁直线电机能实现机床主轴的直接进给驱动,具有效率高,精度高,动态响应快等优点。     

直线电机在机床工业中的最新应用及技术分析

直线电机在机床进给驱动上的应用日益广泛,比起传统的进给驱动方式,它能提供非常高的速度、加速度和位置精度,大大提高了生产率和加工件表面质量。文章介绍了直线电机在机床上的最新应用情况,并就应用中的关键技术问题进行了分析。     

基于模糊推理自校正控制的直接驱动进给系统稳定性分析

直线电机直接驱动进给系统是实现数控机床进给高速化的主要形式，但加工过程中切削力甚至运动部件质量的变化都是系统的干扰，易引起系统不稳定和定位精度下降。离线模糊推理、在线对控制系统实现自校正的控制方法能提高系统的抗干扰能力，并具有良好的实时性。为了研究系统的稳定性，本文介绍了这种基于模糊推理自校正控制的直接驱动进给系统稳定性分析方法，为同类系统设计提供理论参考。     

高速机床中直线进给系统控制策略综述

介绍了直线电动机在高速机床伺服进给中的应用，分析了直线电动机用于进给驱动的特点。着重概括了在不确定因素影响下，闭环伺服进给驱动系统抑制扰动、提高稳态精度、加快动态响应以及增强鲁棒性的控制策略。包括滑模变结构控制、鲁棒控制、智能控制、和自抗扰控制策略等。最后根据各控制策略的特点提出了相应的改进方法。     

直线型超声电机在机床进给系统中的应用

文章简要比较了直线电机驱动和传统滚珠丝杠机床进给驱动的优缺点及直线电磁电机存在的问题;详细介绍了直线超声电机的运动机理,直线型超声电机相对于电磁式直线电机的优点和直线型超声电机的国内外发展和研究现状;并综述了直线型超声电机在机床进给系统中的应用研究现状.     

直线电机在高速龙门五轴加工中心中的应用

介绍直线电机工作原理,阐述了与直线电机驱动相比传统滚珠丝杠副传动方式的优势。介绍直线电机进给驱动技术在高速龙门五轴加工中心的应用实例,提出使用直线电机存在的几点问题,指出直线电机进给驱动技术将是高速数控机床未来发展的方向。     

永磁同步直线电机伺服系统负载扰动建模与抑制

针对直线电机伺服系统没有中间传动机构,负载扰动严重影响系统伺服性能这一问题,文章在建立永磁同步直线电机伺服系统负载扰动模型的基础上,提出了一种改进型的扰动补偿器与复合控制器相结合的扰动抑制方法.该方法采用在线扰动观测与补偿器来实时估计源于摩擦力、纹波推力等扰动并进行补偿,并且通过设置电流增益来改善扰动补偿器的动态性能,减少系统响应时间.速度环采用PI与重复控制相结合的复合控制方式,实现速度的精准控制.通过仿真验证,该扰动抑制方法不仅能减小系统的响应时间,而且提高了直线电机伺服系统的控制精度和鲁棒性.     

直线电机在数控机床上的调试

本文主要介绍了直线电机的工作原理及其驱动技术、直线电机进给驱动技术及在数控机床上的调试,直线电机进给驱动技术将是高速数控机床未来发展的方向。     

Dynamic stiffness enhancement of direct-driven machine tools using sliding mode control with disturbance recovery

This paper presents a disturbance adaptive discrete sliding mode controller for feed drives equipped with linear motors. The control law is expressed as a function of friction and cutting force disturbances which are estimated from the motor force and control states. The accurate prediction of disturbance forces is used to actively compensate low frequency machine tool structural modes which are within the bandwidth of the controller. The proposed control system is experimentally demonstrated on a high performance linear drive, which exhibited high bandwidth and significant increase in dynamic stiffness compared to classical cascaded control methods.     

Limits for controller settings with electric linear direct drives

In considerations of machine tool feed axes directly driven by linear motors, the machine structure has been assumed to be ideal stiff up to now. The reason is the lack of mechanical transfer elements (ball screw for instance) which create the first dominant natural drive frequency.Raising the controller settings with electric linear direct drives with intent to improve control behavior, mechanical oscillations occur. Thus, the mechanical structure itself represents the oscillatory system. In fact, even high natural frequencies can be stimulated due to the stiff anchoring of the linear motor with the high control bandwidth.In this paper the complex interactions between control and mechanical structure are theoretically derived and verified by measurements and investigations on a test bench.     

Combined offline simulation and online adaptation approach for the accuracy improvement of milling robots

Industrial robots, used for milling processes, have to execute highly dynamic and accurate movements. External static and dynamic process forces lead to static deflections and dynamic excitations. In this paper, we present a coupled offline simulation and planning strategy of the machine-process interaction with online adaptation mechanisms for increased system robustness. The process planning, optimization and milling force prediction are executed offline, while the online compensation and adaptation accounts for static deflections and unmodeled disturbances. The benefits of the combined offline and online approach are demonstrated by stabilizing machining processes and accurate deflection compensation with unmodeled changes in spindle speed and feed rate for the machining of aluminum workpieces.     

Friction in feed drives of machine tools: investigation,modeling and validation

Virtual simulation and optimization of the dynamic behavior of machine tools in the development phase is required to satisfy the increasing demands on machine tool performance. While mass and stiffness properties can be simulated with sufficient accuracy, often no suitable damping models are available for the components of machine tools. The commonly used linear damping models are predominantly linear hysteretic or viscous models. However, the linear damping models are often not appropriate to reflect the occurring nonlinear effects in machine tools with the required accuracy. The reason for these nonlinearities are predominantly the friction forces in feed drive components. To resolve these deficits, the friction in feed drive components is comprehensively investigated in this paper, models for friction forces are identified and coupled with a reduced, flexible multi-body system. With the identified friction models the measured friction curves can be reproduced very precisely. The coupled, reduced, flexible multi-body model allows to simulate the nonlinear effects and to predict the dynamic behavior of machine tools with high accuracy. Consequently, a further important step towards accurate virtual simulation of machine tools is made.     

数控机床直线电机进给伺服驱动的摩擦力和扰动抑制措施

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动数控机床伺服系统,提出了一种基于摩擦力和扰动补偿的零相位误差跟踪控制策略.以解决摩擦力和扰动对系统性能的影响.零相位误差跟踪控制器保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而补偿制器克服了摩擦和扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性和定位精度.仿真结果表明,该种控制方案较好地改善数控机床进给的定位精度和跟踪性能.     

高精度数控机床进给伺服系统的模糊自适应PID控制

数控机床进给伺服系统是一个复杂的机电耦合系统。由于具有较强的时变参数特性、负载扰动和电机的非线性,很难给出控制系统的精确模型。基于数控机床进给伺服系统的数学模型,提出一种模糊自适应PID控制器的设计方法。将该控制器应用于数控机床进给伺服系统控制,可获得良好的控制性能。仿真结果表明：该方法不仅具有无静态失真,而且响应速度快、超调小。这种模糊自适应PID控制器具有较高的稳定性和精度。     

直线电机工作台垂直刚度的有限元分析

直线电机进给单元是高速数控机床的一种新型进给系统。其进给运动是由安装在工作台和床身之间的直线电机直接驱动实现的,具有进给速度高、加速度大、响应速度快、定位精度高等特点,由于工作台垂直方向除了切削负荷和自重以外,还要承受巨大的电磁吸力,而直线电视初级和次级之间的垂直间隙极小,故工作台的垂直刚度就特别重要。本文用有限元法对高速机床工作台的垂直刚度进行了分析研究,同时结合研究工作,还介绍了有关有限元三维     

基于优化非线性控制的齿轮传动系统动态误差研究

针对齿轮传动系统运动角位移跟踪误差较大、振动幅度相对严重等问题,对直齿圆柱齿轮运动过程中产生的角位移和输出扭矩等进行研究。建立齿轮传动系统模型,给出齿轮传动系统动力学方程式。对传统线性PID控制系统进行改进,设计非线性PID控制系统。引入粒子群算法,对粒子群算法权重系数进行改进。采用改进后的粒子群算法优化非线性PID控制系统,通过反馈误差对PID控制器参数进行调节,从而达到控制系统输出误差的补偿目标。利用MATLAB软件对优化后的齿轮传动系统输出误差和扭矩进行仿真,并且与线性PID控制结果进行对比。结果表明:与线性PID控制系统相比,优化后的齿轮传动控制系统能够在线调节各项控制参数,从而提高齿轮传动精度。该控制系统反应速度快,稳定性较好,抗干扰能力强,具有较高的控制精度。     

无机械传动链高效并联机床传动模式的研究

针对现代数控机床向精密、高效发展的趋势,分析了并联机床驱动和传动的现状,提出把直线步进电机和电主轴等驱动技术引入并联机床,使并联机床在无机械传动链条件下实现精确进给和高效加工。阐述了直线步进电机的驱动特点和选型原则,给出无机械传动链高效并联机床的基本传动模式。