刘玉荣[1]2000年在《高速进给单元刚度与定位精度的研究》文中认为超高速加工是近十年来发展起来的一种先进制造技术，是国际上公认的四大先进制造技术之一。高速加工机床是实现高速加工的前提条件。为了满足超高速数控机床的高进给速度、高加速度的要求，采用了直线电机取代了传统的“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的传动方式，直接驱动工作台作直线进给运动，实现了进给系统的“零传动”。 进给系统的刚度和定位精度对机床的加工精度影响很大。直线电机直接驱动的方式是一种新的传动方式，国内外对其定位精度和刚度研究较少。本文结合广东省高教厅的重点科研项目，通过对我校高速加工与机床研究室已研制成的直线电机高速直线进给单元进行理论分析与试验研究，找出刚度和定位精度的变化规律及其影响因素，提出改进和优化的措施。 本文分析了直线电机高速进给单元的组成及特点；对进给单元的伺服控制系统进行了理论建模，对进给系统的稳态误差和动态性能进行了分析和仿真，通过试验获得了系统运行性能的实验数据并与仿真结果加以对比。从理论上对定位精度加以分析，设计定位精度的实验方法，通过激光干涉仪对定位精度进行测试，找出影响工作台的定位精度的主要因素并对误差进行补偿。分析系统的结构刚度和伺服刚度，利用已得出的控制模型对系统的动态伺服刚度进行仿真，通过激光测量仪对进给系统的动态和静态刚度进行了测试，并验证仿真的结果，从中找出影响系统刚度的因素及其变化规律，通过分析对比进一步优化系统的参数，从而获得较好的系统刚度。 研究成果为开发我国第一代超高速加工中心和其他数控机床提供了必要的理论依据和试验数据。
张耀满[2]2006年在《高速机床若干关键技术问题研究》文中提出高速高精度机床是当今的主要发展趋势之一。伴随着制造业对数控加工高速高精度方面的要求，人们对高速高精度机床的研究也不断深入。高速高精度机床不仅要有高的主轴转速和进给速度，而且还需要具有高的主轴和进给系统运动加速度。对于高速高精度机床，主轴系统性能的优劣将直接影响机床的最终性能，直接影响机床所加工零件的质量。因此，对机床主轴系统的性能进行研究，建立机床主轴系统动力学模型，在产品的设计阶段对其性能进行评价，对于提高机床产品的设计质量非常重要。 CHH6125高速车削中心的研制与开发是沈阳第一机床厂承担的国家863和十五攻关“精密制造与数控关键技术研究和应用开发”项目中的“高速、高精密数控车床”课题。在项目产品开发设计中，对机床进给系统高加速度移动性能、床身系统动态特性、高速主轴的动平衡精度、高转速大功率内装电主轴的温度平衡等关键技术问题以及C轴插补阻尼力进行了理论计算、有限元分析和系统动态仿真，保证了设计的成功。 本文是在总结上述项目研究成果，并进一步深入研究的基础上而完成的。论文主要针对高速机床主轴系统的动态性能进行了研究，分别采用理论建模和有限元分析的方法对机床主轴系统的动力学和热力学性能进行了分析和研究，并进一步对机床进行试验研究的基础上，对理论建模和有限元分析的模型进行了必要的验证。论文进行的主要内容如下： (1) 在大量查阅国内外资料的基础上，综述和分析了高速切削加工的概念、产生、发展趋势以及高速机床的现状和发展趋势；研究了国外高速机床的技术发展与应用，以及我国高速机床的发展现状和趋势；影响高速机床发展的关键技术问题，以及发展我国高速机床急需解决的一些问题。 (2) 虽然不同的高速机床应该采用不同的机械结构，但在高速机床结构设计上面存在一些共性的关键技术问题。本论文对高速机床结构设计关键技术问题进行了分析和说明，并对高速机床的结构合理性进行了研究。 (3) 本文研究了适用于主轴系统的动力学特性分析的各种建模方法及其优缺点；并主要进行了基于传递矩阵方法的主轴系统动力学特性研究，以及适应高速机床的主轴系统动力学建模方法，采用仿真方法和试验方法对建模方法的准确性进行了研究，并对模型进行了必要的修正。
陈祯[3]2012年在《高速滚珠丝杠进给系统动态性能检测与热特性研究》文中研究指明滚珠丝杠副作为高速加工中心进给驱动系统的主要执行元件，其性能直接影响机床的运行状态和精度。由于速度的提高，滚珠丝杠进给系统中的接触区域（丝杠螺母、轴承等）会产生大量的热，而这些热量又无法及时散发，会使滚珠丝杠的温度升高，引起滚珠丝杠热变形，使得机床加工精度降低。因此，研究滚珠丝杠副在高速运行条件下的动态性能和热特性，对提高机床的加工精度有重要的意义。本文研究的主要内容如下：高速进给系统动态性能检测系统设计。建立了高速滚珠丝杠动态性能检测系统，该系统由机械系统和测试系统两部分组成。选用空心滚珠丝杠副作为被测元件，利用LMS数据采集卡进行数据采集，可完成负载状态下滚珠丝杠副动态性能的在线实时检测。高速进给系统动态性能测试与实验数据分析。在建立的高速进给系统动态性能测试系统上，通过实验检测滚珠丝杠温升变化、左右轴承座温升变化、丝杠热位移、加速度以及空心丝杠冷却系统进出口油温等基本参数，并对实验数据进行了分析处理。高速进给系统动态热特性分析。计算了滚珠丝杠进给系统的发热量，建立了滚珠丝杠副的温升与热位移之间的数学模型，分析出影响滚珠丝杠进给系统精度的主要因素是温升的变化，从而结合实验和理论计算对滚珠丝杠系统进行了热特性分析。高速进给系统动态热变形补偿。分析了抑制滚珠丝杠热变形的主要方法，提出了基于流体力学原理的空心滚珠丝杠科恩达气液二元热补偿方法，通过采用将冷却介质通入空心丝杠内部进行强制循环冷却，和冷却气流对丝杠重点发热区域进行局部冷却相结合的冷却方式，抑制因机床高速运转带来的丝杠热变形导致刚度和精度发生变化，并对其进行了仿真分析。滚珠丝杠进给系统的动态性能，尤其是发热问题是制约机床加工精度的主要因素之一，通过构建实验平台，结合理论分析和仿真分析，对滚珠丝杠进给系统动态性能和热特性的研究，为提高数控机床进给系统的刚度和加工精度，提供了一种实用的设计方法。
付琪[4]2009年在《高速电主轴单元的研究》文中指出高速电主轴是高速加工机床的核心功能部件,开发拥有自主知识产权的电主轴是机械加工行的迫切需求。本文论述了高速主轴发展的国内外形势,通过对国外著名加工中心主机生产厂及主轴专业生产厂技术数据的比较和分析,提出我国目前在高速主轴领域存在的问题,及研制加工中心高速电主轴单元的必要性和紧迫性,本课题对转速为20000r/min,最大输出功率为22k W,最大输出扭矩为118N.m及主轴回转精度为≤0.00 15mm的电主轴进行了研究。在本中文对20000rpm加工中心电主轴的研制过程做了详细阐述。1通过详细的理论计算确定高速电主轴单元的关键技术参数,如主轴前轴承直径,合适的悬伸量;用试算法试算出合理的支承跨距;利用经验公式估算主轴的径向刚度;2用有限元法分析了影响高速主轴正常运行的两个关键性问题,固有频率和热伸长。在结构设计中,设计恒温油强制冷却结构,减小热伸长对被加工零件精度的影响。3运用平衡理论分析了高速主轴的动平衡精度和有效的动平衡方法,在结构设计中设计了旋转组件的动平衡和整机驱动的在线二次动平衡位置,完成详细结构设计。
杨辉[5]2006年在《高速加工机床进给驱动系统的研究》文中指出论文以“高速切削加工理论”为基础，理论与实际结合作为出发点，介绍了“高速切削加工”概念、发展、研究和应用现状、技术内涵及相关技术等。论述了高速切削加工机床的关键技术，对数控机床进给驱动系统进行分析研究，以进给伺服系统的性能为研究目标，深入的研究了直线电机进给驱动系统在高速加工机床的应用，并分析其性能对高速加工的作用和影响。建立数学模型，通过仿真对比，利用辨识方法得到更精确的数学模型。 分析了电主轴单元，研究了直流直线电机的结构和性能。论述了扰动误差和复位受阻的等因素，提供了消除扰动误差和提高定位精度等措施。运用先进的CAD／CAE技术对直线电机功能部件进行设计，最后对高速切削加工技术的直线电机进给驱动系统发展进行展望。
姜华[6]2007年在《高速精密卧式加工中心开发的关键技术研究》文中研究表明数控技术是先进制造技术中的一项核心技术，由数控机床组成的柔性化制造系统是改造传统机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础装备，它的发展一直备受制造业的关注，其设计、制造和应用的水平在某种程度上就代表一个国家的制造业水平和竞争力。高速精密卧式加工中心作为一类重要的数控机床产品，是我国汽车、航空航天、精密模具等行业领域急需的关键设备，但目前国内开发的卧式加工中心产品与国外同类产品比较，在设计技术、制造技术和产品性能方面都还存在较大的差距，在基础理论和关键技术的深入系统地研究方面更显缺乏。本论文在国家重点新产品试产计划项目的支持下，结合成都宁江机床集团公司的企业发展战略规划以及市场的需求，对自主开发的THM6363高速精密卧式加工中心的总体方案设计、结构设计、性能分析、制造工艺、精度检测等技术进行深入的理论分析和应用研究，探讨高速高精卧式数控加工中心开发模式、有关基础理论和一些关键技术问题。本论文的主要研究成果和特色如下：(1)通过分析比较国内外先进高性能加工中心产品的技术特征，确定了本课题研究的高速精密卧式加工中心主要用于航空航天、军工及模具等行业的中小型零件的精密加工，提出高速精密卧式加工中心设计要求和关键技术，制订了自主开发具有宁江特色的高速、高效、高精、高可靠性的高速精密卧式加工中心的开发计划。(2)在分析国内外卧式加工中心的结构特点和总体布局形式的基础上，提出了一种适用于中小型零件精密加工的高速精密度卧式加工中心的总体布局方案。根据“相同的综合位移和刚度”原理，采用工作台进行轴向进给和工件进给方式可使在不同工件位置时，机床变形和变化最小，具有几乎相同的综合位移和刚度，确保加工精度稳定。(3)对THM6363高速精密卧式加工中心的主轴系统、进给传动系统和精密回转工作台等功能部件的结构设计方法进行了深入的研究，给出了主轴结构设计方案，设计了高速滚珠丝杠和直线滚柱导轨组合结构的进给驱动系统，提出大惯量电机选择的负载惯量以及扭矩的计算准则，建立了连续回转工作台蜗杆蜗轮副传动结构的传动扭矩和液压油缸紧固螺钉强度的分析和计算模型。(4)以THM6363高速精密卧式加工中心的立柱和整机为对象，运用计算机辅助设计和分析方法，进行了立柱和整机的有限元分析和优化设计。建立了THM6363精密卧式加工中心的有限元分析模型并进行了模态分析，给出了机床的前5阶固有频率及其相应振型，初步判别机床的共振区域，并对机床立柱结构进行优化设计尝试。在此基础上进行了机床样机的性能试验，对有限元动态分析的结论进行了部分实验验证，为机床结构的优化提供了依据。(5)根据制造技术基础实现产品性能的准则，深入研究高速精密卧式加工中心的相关制造技术，对主轴的加工工艺、导轨的刮研工艺、精密回转工作台装配工艺以及滚珠丝杠预应力工艺技术方法进行了分析研究，提出了适应企业实际需要的工艺流程和制造方法。(6)高精度位置控制是开发高精度数控机床的关键技术。应用当前国际机床领域的先进“空间精度”的理论，分析了影响卧式加工中心坐标轴相互垂直精度和坐标定位精度的因素，提出了高精度卧式加工中心坐标轴相互垂直精度的测量和调整技术、全闭环检测系统保证坐标定位精度技术，以及运用球杆仪进行圆检验的实际应用方法，对全面反映机床的装配质量、加工性能及误差具有重要的意义。(7)分析讨论了高速切削刀具技术、高速切削工艺技术、刀具与机床接口技术等，结合大量的试验数据，提出卧式加工中心高速切削刀具加工工艺及切削用量选择方案，并在保证刀具高速切削和减少刀具磨损上，结合机床试验，进行卧式加工中心低温冷风切削新技术应用。(8)在以上研究成果的基础上，建立起一种适应于企业需要的高速精密卧式加工中心产品的开发集成技术，成功研制出THM6363精密卧式加工中心产品并已经实现规模化生产，获得国家重点新产品试产计划项目支持、四川省优秀新产品二等奖和成都市科技进步二等奖，取得了良好的社会和经济效益。
夏红梅[7]2002年在《高速机床直线电机进给系统的模糊推理自校正控制》文中进行了进一步梳理超高速加工技术不仅能减少切削时间，提高切削效率，同时还能提高加工精度和表面质量。在模具制造中，相对于传统的电加工方式，超高速加工不仅提高了模具加工速度和加工的表面质量，还进一步简化了加工工序。近几年来超高速加工的各项相关技术，如高速刀具材料、高速土轴、高速进给系统等都得到迅速发展，高速加工的应用范围也在不断的扩大，目前已广泛应用于航空工业、汽车制造工业、模具加工工业等领域。 高速进给系统是高速加工机床的关键技术之一。传统的滚珠丝杠传动方式有弹性变形大、响应速度慢、存在反向间隙、摩擦磨损等问题，难以达到更高的速度和加(减)速度。近年来新兴的一种并联机构进给系统，由于存在数控编程复杂、操作不直观和加工精度目前还不高等问题，还在进一步研究和发展之中。直线电机直接驱动进给系统具有速度、加(减)速度高、定位精度高等一系列突出的优点，有望成为21世纪高速加工机床的基本驱动方式。 本文以我校“GD-3型直线电机进给单元”为研究对象，以提高直线电机伺服控制系统的伺服精度和抗干扰能力为目标，采用理论分析和实验相结合的研究方法。论文首先建立了直线电机进给系统的数学模型，通过MATLAB仿真，研究了主要控制参数对系统动态特性的影响，并从理论上分析了影响系统稳定性的主要因素。通过实验，验证了仿真和稳定性分析的结论，找出了影响伺服系统动态特性和稳定性主要因素。通过理论分析，结合目前国内外的研究现状，确定了进一步提高系统性能的控制策略——直线电柳进给系统的模糊推理自校正控制。按照模糊控制理论，设计出模糊控制器。最后分析了模糊控制器的稳定性，并对模糊控制器的控制效果进行仿真分析，验证模糊控制器能否达到最初的设计目的。
罗勇[8]2001年在《直线电机进给单元伺服刚度及其自适应控制》文中研究指明为了满足快速发展的超高速加工技术对高速进给运动的需要，机床进给运动开始采用直线电机零传动这一新型的进给传动方式。和滚珠丝杠进给系统相比，直线电机进给系统具有机械结构简单、速度高、加速度大、响应速度快以及定位精度高等优点，是机床进给传动方式的一场革命，正得到日益广泛的运用。 为了保持加工的稳定性，降低加工中的挑动力对加工质量的影响，充分利用直线电机直接驱动加工的高速和高响应特性，伺服控制系统在实现尽可能高的定位精度的同时，还必须具备足够高的伺服刚度。 本文主要研究直线电机进给系统的伺服刚度。论文首先针对直线电机进给系统伺服刚度的特点，提出了直线电机进给系统伺服刚度的定义和评价方法。在推导出直线电机进给系统控制模型后，利用MATLAB软件对模型进行了时域仿真，分析了控制系统结构、参数以及进给系统机械特性对直线电机伺服刚度的影响，然后设计了直线电机伺服动刚度实验方法，对仿真分析结果进行验证。在论文最后，针对加工中负载质量的变化对直线电机进给系统伺服刚度的影响，首此提出采用自适应控制原理对原控制系统进行优化的方法，并对这种方法进行了仿真。
朱向东[9]2010年在《高速机床伺服进给系统定位精度的控制研究》文中研究指明现代的数控机床将高效率、高精度和高柔性集中于一体,高速机床进给系统对位置控制、速度控制、伺服电动机及机械传动等方面都有很高的要求。现代数控机床的关键技术之一是研究与开发性能优良的伺服进给系统。本文在研究影响数控机床加工精度主要因素的基础上,针对影响伺服进给系统定位精度的主要因素进行了分析。首先,建立了伺服进给系统的数学模型及仿真模型。通过仿真进一步分析了间隙、刚度、摩擦对进给系统的影响。其次,在研究了影响进给系统定位精度因素基础上,采用模糊控制与PID控制相结合来改进系统定位的快速性和稳定性,设计了相应的模糊控制器,并基于实验获得摩擦力与速度的关系,采用双模糊控制的方法来提高系统的相应速度和稳态精度。最后,基于理论研究和仿真结果,设计并建立了交流进给伺服系统试验台及其位置检测系统。通过改变系统的负载、位置增益及加减速曲线等控制参数对系统的重复定位进行试验研究。本文的研究对高速高精度加工技术水平的提高和增强产品市场竞争力具有一定的理论和应用价值,同时为更好的解决高速机床定位等技术问题奠定了基础。
赵雄[10]2006年在《基于高速数控外圆磨床MKS1320砂轮架进给系统的研究》文中研究表明高速、高效、高精度磨削对提高生产效率、提高加工表面质量有显著效果，是当今磨削技术的发展趋势，开发和研制高速数控外圆磨床对发展高速磨削加工，提升我国装备制造业具有深远的战略意义。砂轮架进给系统是高速数控外圆磨床的核心部件，其性能直接影响到磨削加工中的尺寸精度、圆度及表面粗糙度。外圆磨床作为典型的多输入系统来讲，砂轮架系统、头架系统以及进给系统对加工零件都有直接影响，因此在研究砂轮架进给系统时不能孤立开来，应该立足于总体考虑。作者采用理论建模、整机动静态性能试验分析及关键部件CAE有限元分析等多学科交叉集成的方法对砂轮架进给系统中的微量进给下的爬行问题、高速轴承转子系统稳定性问题以及全闭环交流伺服进给系统动静态特性进行了深入研究，建立了一套理论分析模型和试验研究平台，为外圆磨床系列化产品的研发与产业化奠定了坚实的基础。通过对样机进行动静态性能试验研究以及切削颤振试验与实际零件磨削，粗糙度、圆度、圆柱度等优于国家标准中的技术指标，而且试验过程稳定、可靠，达到了预期设计目标。
参考文献：
[1]. 高速进给单元刚度与定位精度的研究[D]. 刘玉荣. 广东工业大学. 2000
[2]. 高速机床若干关键技术问题研究[D]. 张耀满. 东北大学. 2006
[3]. 高速滚珠丝杠进给系统动态性能检测与热特性研究[D]. 陈祯. 兰州理工大学. 2012
[4]. 高速电主轴单元的研究[D]. 付琪. 合肥工业大学. 2009
[5]. 高速加工机床进给驱动系统的研究[D]. 杨辉. 合肥工业大学. 2006
[6]. 高速精密卧式加工中心开发的关键技术研究[D]. 姜华. 四川大学. 2007
[7]. 高速机床直线电机进给系统的模糊推理自校正控制[D]. 夏红梅. 广东工业大学. 2002
[8]. 直线电机进给单元伺服刚度及其自适应控制[D]. 罗勇. 广东工业大学. 2001
[9]. 高速机床伺服进给系统定位精度的控制研究[D]. 朱向东. 哈尔滨工程大学. 2010
[10]. 基于高速数控外圆磨床MKS1320砂轮架进给系统的研究[D]. 赵雄. 昆明理工大学. 2006
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