应用有限单元法的机床进给系统轴扭特性分析

基于有限元法建立了考虑轴扭耦合的机床进给系统动力学方程,分析了工作台位置变化对其动态性能的影响.结果 表明:第1、3阶固有频率为丝杠和工作台的轴向振动模态,第2阶为丝杠扭转振动模态.随着工作台位置变化,第1阶固有频率呈现先减后增的变化,最大值出现在丝杠端部,变化率达50.58％;第3阶固有频率为先增后减的变化规律,其中最大值出现在丝杠中部,变化率为10.3％;试验结果与计算结果相吻合;第2阶固有频率受工作台位置变化影响不大,验证试验结果与仿真结果相一致,证明这里的进给系统动力学模型具有较高的精度.     

加工工件质量及安装位置对滚珠丝杠进给系统动态特性的影响

滚珠丝杠进给系统是数控机床的关键部件,其动态特性与运动精度紧密相关,对数控机床加工精度有重要影响。滚珠丝杠进给系统的动态特性具有明显的时变特征,为探究工件质量及放置位置对滚珠丝杠进给系统动态特性的影响规律,基于集中质量法构建了滚珠丝杠进给系统动力学模型,并利用有限元方法验证了模型精确度。基于所构建的动力学模型开展了工件质量及放置位置对滚珠丝杠进给系统动态特性的影响规律分析,构建了其响应面,结果显示,随着工件质量的增加,滚珠丝杠进给系统固有频率降低;工件位置离工作台重心越近,对系统固有频率影响越小。结果可用于实际加工过程中,指导工件的在工作台面的放置位置选择。     

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。     

用双速同步伺服装置实现手动定位

同步伺服机构用于大型工作台等手动进给的情形很多。这时对于大行程采用高速进给,当快到达位置时即变换成低速进给,以进行高精度定位。 如图所示,把变换开关拨于H时,摇动手轮,通过齿轮对G1转动同步控制发信机CX,把同步控制变压器CT2的误差信号放大。并在直流电动机DCM驱动工作台的同时,通过齿轮对G2、G3使同步控制变压器CT2回转,进行高速跟踪控制。把变换开关拨到L时,则根据同步控制变压器CT1的误差信号进行低速跟踪控制。 例如,当齿轮对良传动比为%时,在同一手轮转速下用于高速时,工作台速度为 10米/分,精度为0.豆毫米;用于低速时,…     

双驱进给系统同步误差建模与分析

以数控铣床工作台进给系统为研究对象,通过分析双丝杠进给结构机械特性,并考虑工作台所受摩擦力,建立了同步误差理论模型。利用MATLAB/Simulink模块求解,分析结构参数等因素对同步误差的影响趋势。通过实验测得工作台分别在匀速运动和S形曲线运动下的同步误差,并与理论计算相比较。结果表明:进给系统同步误差是由几何误差导致的扭转角和运动过程中工作台两侧结构参数的不同共同作用产生的,所建的模型对同步误差有较准确的预测。     

基于预滑—动态摩擦力矩估计模型的自适应前馈补偿方法

根据数控交流伺服工作台进给系统从静止到宏观运动的过渡时间,和零速度时刻的指令加速度大小呈反比关系,区分摩擦力矩的预滑动区和滑动区,由此提出基于力矩值估计的摩擦补偿方法;在设定指令加速度后,基于命令力矩值的摩擦力矩模型,不需要测量速度就可以补偿工作台进给系统中的摩擦。同时,考虑到参数的不确定性,设计非线性摩擦自适应控制方案,对其稳定性进行理论证明。在交流伺服工作台进给系统上对基于摩擦力矩值估计的自适应前馈补偿方法进行验证。试验结果表明,基于预滑—动态摩擦力矩估计模型的自适应前馈补偿方法能实现在不同指令加速度下对期望轨迹的跟踪,并能大大提高系统的跟踪精度。     

基于分段拟合的机床大尺寸工作台热误差补偿模型

大型机床工作台在往复运动过程中,丝杠螺母会产生大量的热,一部分热量从螺母传入工作台导致工作台两侧翘曲,使工作台不同位置产生不同热误差。为提高大尺寸机床工作台的纵向热误差补偿精度,提出分段拟合热误差建模预测方法。该方法是沿工作台横向在多个位置建立对应点的纵向热误差模型,然后由各点单模型预测值进行分段拟合建立工作台整体预测模型,利用分段拟合模型实现对工作台任意位置热误差预测。同时为了提高热误差模型预测精度和鲁棒性,采用粒子群优化算法根据实时反馈热误差数据对模型参数辨识,使热误差模型能适应机床最新的工作状态。在一台三坐标铣床工作台上进行试验,建立X轴快速运动时工作台纵向热误差模型,试验结果表明:该方法鲁棒性好预测精度高,能够实现大尺寸工作台任意位置的热误差补偿,且具有一定的通用性。     

基于参考轨迹修正的机床进给误差动态补偿研究

针对机床伺服进给系统的跟踪精度问题,对线性伺服动力学补偿器和闭环伺服控制系统进行了研究,提出了一种新的动态误差补偿方案,该方法通过修正参考轨迹,对伺服动力学和摩擦干扰引起的定位误差进行了预补偿。首先,对参考轨迹的速度和加速度曲线进行了调制,实现了精确跟踪;然后,根据预滤波器状态,对参考位置曲线进行了修正,从而消除了象限毛刺;通过数字轨迹预滤波器得到了最优误差补偿,并通过迭代学习对其参数进行了自动调整;最终,在不同加工参数的多轴进给系统中进行了测试。研究结果表明:该补偿方案通过将2个补偿滤波器相结合,能够在无需复杂专业知识的条件下简单有效地将轮廓误差从10μm降至1μm,且适用于任意刀具轨迹。     

基于虚拟电子主轴的双电机同步控制研究

为了解决双驱同步进给系统中双电机的同步控制的问题,实现精确同步控制,提出虚拟电子主轴+改进的鲁棒内环PID的双电机同步控制方法。建立感应电机数学模型,分析双电机同步控制的的基本控制策略,针对所选倍福运动控制系统建立虚拟电子主轴+改进的鲁棒内环PID同步控制算法及参数整定,通过建立仿真模型,比较三种控制策略。对同步误差和跟随性能分析表明,采用虚拟电子主轴+改进的鲁棒内环PID控制方法,具有响应速度快、抗干扰能力强、双轴同步精度高等优点。     

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。