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基于PMAC的微小型机床数控系统的研究

基于PMAC的微小型机床数控系统的研究

作者：刘毅哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

为满足微小型化产品的需求及考虑到生产系统中机床大幅度小型化能够节约能源,空间和资源等,设计了微小型机床实验平台,并着眼于微小型机床数控系统的研究。研究工作将有力地促进微小型加工设备的开发和利用,也将为我国的制造系统微型化... 详细信息

为满足微小型化产品的需求及考虑到生产系统中机床大幅度小型化能够节约能源,空间和资源等,设计了微小型机床实验平台,并着眼于微小型机床数控系统的研究。研究工作将有力地促进微小型加工设备的开发和利用,也将为我国的制造系统微型化奠定良好的基础。机床以PMAC作为控制器,采用了基于IPC机和Windows操作系统的并行双CPU数控系统。两个CPU各自实现相应的功能,PMAC以IPC为软硬件平台,进行插补、位置控制等实时控制;IPC机完成管理、监控等非实时性任务。伺服机构采用压电超声电机直接驱动由滚柱导轨支承的直线工作台,通过高精度光栅尺构成全闭环反馈。PMAC提供了一个PID位置环伺服滤波器,通过采用先进的伺服算法和有效的补偿控制策略,提高了机床的位置控制精度和伺服跟踪精度。数控系统应用软件利用VB6.0开发,设计了简单合理的人机界面,采用模块化设计的思维通过PMAC的PComm32动态链接库实现了各功能模块。针对微小机床的特殊要求,通过VFW软件工具包特别开发了显微镜视频采集模块,从而在操作界面上可清晰观察到微小铣刀及小尺寸工件。为验证微小型机床数控硬件系统的性能及应用软件的各项功能,在三轴联动微小型机床上使用该数控系统进行了微小型零件的加工。结果证明软硬件设计方案是可行的,可满足微小型机床加工的要求。

关键词：微小型机床数控系统 PMAC PID

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基于微小型机床的微细铣削力实验研究

航空精密制造技术 2009年第3期45卷 1-4页

作者：孙雅洲孟庆鑫王波赵岩梁迎春哈尔滨工程大学机电工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

在自行开发的三轴联动微小型铣床上,对铝合金材料2A12进行了微细铣削力实验。采用单因素方法,研究了微细槽铣时主轴转速、轴向切削深度、每齿进给量对切削力的影响,以及微细顺铣和逆铣时径向切削深度对切削力的影响,并对切削力信号进行... 详细信息

在自行开发的三轴联动微小型铣床上,对铝合金材料2A12进行了微细铣削力实验。采用单因素方法,研究了微细槽铣时主轴转速、轴向切削深度、每齿进给量对切削力的影响,以及微细顺铣和逆铣时径向切削深度对切削力的影响,并对切削力信号进行频谱分析。

关键词：微小型机床微细铣削切削力

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超声电机在微小型机床进给系统中的应用

组合机床与自动化加工技术 2006年第4期 11-14页

作者：孙雅洲高强梁迎春哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

利用微小型机床进行三维微小零件的微细切削加工是一项新兴的制造技术。超声电机是利用压电陶瓷材料激发超声波实现驱动的一种新型电机,与传统的电磁电机相比具有许多优点。文章介绍一种由超声电机直接驱动的微小型机床进给系统,对机床... 详细信息

利用微小型机床进行三维微小零件的微细切削加工是一项新兴的制造技术。超声电机是利用压电陶瓷材料激发超声波实现驱动的一种新型电机,与传统的电磁电机相比具有许多优点。文章介绍一种由超声电机直接驱动的微小型机床进给系统,对机床进给系统的定位精度和伺服刚度进行了实验分析。同时,利用该微小型机床加工了一个20μm×450μm×7000μm的薄壁结构。这些实验结果表明,超声电机应用于微小型机床进给系统是可行的。

关键词：超声电机微小型机床进给系统位置精度伺服刚度

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微小型五轴数控机床的研制

组合机床与自动化加工技术 2021年第1期 128-130,134页

作者：石梓皓孔桂珍刘会英孙有琛王延深哈尔滨工业大学(威海)机械工程系山东威海264209 北京实验工厂有限公司北京100038

为了满足微小复杂结构件的加工需要和机床误差补偿技术的研究,研制了一台微小型五轴数控机床实验平台,本体尺寸为580 mm×450 mm×570 mm。机床实验平台为卧式双转台结构,布局紧凑,空间利用率高,各轴采用了直线电机、直驱马达、丝杠滑... 详细信息

为了满足微小复杂结构件的加工需要和机床误差补偿技术的研究,研制了一台微小型五轴数控机床实验平台,本体尺寸为580 mm×450 mm×570 mm。机床实验平台为卧式双转台结构,布局紧凑,空间利用率高,各轴采用了直线电机、直驱马达、丝杠滑台驱动方式。分析了机床的主要薄弱环节,并进行了受力分析和优化设计,仿真结果表明机床变形量由原来的69.323μm减小为2.686μm,得到了显著的改善。对机床进行了模态仿真,分析机床前四阶振型变形规律,为机床弱刚度变形误差补偿提供了参考依据。对加工刀路进行了规划和模拟,完成了铝合金棒料的加工实验。实验结果表明机床具有较好的加工能力,并验证了加工刀路规划的正确性。

关键词：微小型机床模态分析优化设计加工仿真

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精密微小型五轴联动微细铣削机床的研制

精密微小型五轴联动微细铣削机床的研制

作者：张向辉长春理工大学

学位级别：硕士

微小型产品在生物工程、现代医疗、微电子工业、航空航天等高新技术领域的需求日益迫切。组成微小型产品的的零件特征尺寸处于中间尺度(0.010mm),其结构形状复杂、材料多样、尺寸与表面质量精度高,利用基于半导体制造工艺集成激光刻蚀... 详细信息

微小型产品在生物工程、现代医疗、微电子工业、航空航天等高新技术领域的需求日益迫切。组成微小型产品的的零件特征尺寸处于中间尺度(0.010mm),其结构形状复杂、材料多样、尺寸与表面质量精度高,利用基于半导体制造工艺集成激光刻蚀技术、LIGA技术的特种加工方法对其进行加工无法满足复杂结构形状以及多种材料的加工,而采用常规尺寸精密、超精密机床进行加工存在成本高、工件材料利用率低、柔性不足、加工效率低等问题。机床的微小型化成为解决上述问题与不足的行之有效主要方法之一。本文针对复杂三维微小零件的加工,首先制定了所要构建机床的设计要求以及总体构建方案。在此基础上,完成了机床各部件的选型和机床实体结构的搭建。对机床床身实体结构进行了实验模态分析得到了其动态特性,为后续力学特性的分析奠定了基础。利用多普勒激光测振仪在极端加工条件下对机床的实体结构进行了振动测试,验证了所构建机床实体结构的稳定性。在完成机床实体结构构建的基础上,为实现机床的加工功能,基于UMAC运动控制器完成机床数控系统的构建。然后,为进一步优化数控系统的运动控制性能,对各进给轴运动控制系统的响应特性进行分析,并对闭环PID控制参数进行了调整,达到了较为理想的运动控制效果。最后,为便于机床加工操作,基于UMAC的二次开发功能,利用Visual C#软件开发平台开发了模块化结构的数控系统软件,并进行了运行测试,验证了其工作性能。为实现复杂三维微小零件数控加工程序的自动编制以及提高机床的加工精度,首先对所构建的机床进行了运动学分析,得出刀位点坐标由工件坐标系到机床坐标系的转换关系,为数控加工程序的后置处理提供理论基础。同时,分析了机床运动误差对加工精度的影响,并对机床各进给轴定位误差进行了测量和补偿,大幅度提升了机床运动定位精度。使用MATLAB M文件编写了数控加工程序后置处理模块,通过与NX UG8.5的联合使用实现了复杂三维零件的自动数控编程。为验证数控加工程序的正确性,保证机床在加工过程中的安全,在VERICUT中构建了机床的加工仿真模型。最后通过典型样件的加工测试,验证了所研制机床的加工性能。

关键词：微小型机床 UMAC 运动控制器闭环PID控制参数后置处理 VERICUT 五轴联动

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中间尺度零件在微型机床上微细加工研究

制造技术与机床 2009年第11期 19-23页

作者：孙明江王兴松陈林六安职业技术学院机电工程系安徽六安237158 东南大学机械学院江苏南京211189

针对中间尺度零件利用传统技术进行加工的热门话题,介绍了这种零件加工所使用的微型机床在国内外的研制现状。在东南大学机械学院数控实验室里构建了一微型数控机床系统,使用BCB开发软件对由MCX314实现的圆弧、直线等插补进行了调试,选... 详细信息

针对中间尺度零件利用传统技术进行加工的热门话题,介绍了这种零件加工所使用的微型机床在国内外的研制现状。在东南大学机械学院数控实验室里构建了一微型数控机床系统,使用BCB开发软件对由MCX314实现的圆弧、直线等插补进行了调试,选用2mm铣刀,在铣刀与电机主轴之间,专门安装了自己设计与制造的铜制连接头,并加工了试件,证明了此机床可加工10mm以下的小零件,提出了对微细加工精度方面的思考。

关键词：中间尺度微小型机床 MCX314运动控芯片 BCB开发工具

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桌面型三轴数控微细铣削加工机床的研究

桌面型三轴数控微细铣削加工机床的研究

作者：刘新哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在当今这个科技快速发展的时代,微小型机械产品的使用前景越来越广泛,在很多领域中都扮演着重要的角色,随着智能时代的到来和计算机技术、纳米技术的兴起,微小型机械产品的需求还会进一步增加。微小型机床也因具有节约资源、降低成本等... 详细信息

在当今这个科技快速发展的时代,微小型机械产品的使用前景越来越广泛,在很多领域中都扮演着重要的角色,随着智能时代的到来和计算机技术、纳米技术的兴起,微小型机械产品的需求还会进一步增加。微小型机床也因具有节约资源、降低成本等优点而备受关注。并且为了满足产品微小型化的需求,本课题进行了微铣削机床的设计和研究,旨在设计出部件轻、刚性好、固有频率高、减震性好且能满足实验加工需要的微小型铣削加工机床。本文根据微小型机床的技术要求,完成机床整体功能模块分析和机械结构设计,选用立式结构作为机床的基本构型。对立板和主轴等机床关键零部件进行有限元辅助设计与分析优化,提升其静动态特性和验证对加工质量的影响。对机床各功能单元进行设计和硬件选型,完成机床控制系统的设计。面向所设计的微铣削机床,基于GTS-VB运动控制器,开发具有控制性能且人机交互性强的控制软件。分析了PID控制原理和整定方式,同时设计了便捷的PID参数整定窗口。建立进给系统数学模型,采用拉格朗日-麦克斯韦方程来描述机电耦联系统,以获得统一的机电耦联系统的动力学方程,得到进给系统的传递函数,搭建了机床伺服系统控制环路,进行仿真并得到最佳的PID参数。根据系统化设计理论,在确定机床结构参数的基础上,本文设计了机床的三维模型,对模型进行简化处理,并完成了对接触面的处理和网格划分,构建了微小型机床整机的有限元模型。本文仿真分析了机床的静动态特性,以验证所设计机床的性能。还对机床进行了谐响应分析,在后续加工过程中要注意避免相应频段。根据得到的模态分析数据,建立微铣削铣床虚拟样机系统刚柔关联模型,并进行运动学仿真,通过编写控制程序来控制机床的运动轨迹,验证了所设计微铣削机床总体方案的可行性。

关键词：微小型机床结构设计控制软件有限元分析

小型五轴数控机床设计评价及结构动态特性分析

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小型五轴数控机床设计评价及结构动态特性分析

作者：左常迪哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着民用和国防等众多领域对微小型化产品需求的不断增加,人们开始越来越关注微小零件的设计与加工问题。微细铣削加工技术在制造复杂三维几何形状微小零件中具有重要的作用。然而,目前许多由金属材料制成的三维微小零件都是在常规尺寸... 详细信息

随着民用和国防等众多领域对微小型化产品需求的不断增加,人们开始越来越关注微小零件的设计与加工问题。微细铣削加工技术在制造复杂三维几何形状微小零件中具有重要的作用。然而,目前许多由金属材料制成的三维微小零件都是在常规尺寸的超精密机床上加工而成的,这些机床成本高、效率低、能耗大、主轴转速相对较低,微小型机床的诞生就是为了解决这些问题。微小型机床不仅有助于提高空间利用率和降低成本,而且由于惯性减小,从而容易达到高速加工和高精度运动控制。目前,许多研究工作都集中在建造与小型零件尺度相匹配的小型机床,并且已有不少有关小型机床设计原型的报道,然而在小型化机床结构设计方法方面的报道并不多见。本文针对自行研制的五轴小型精密数控铣床,从空间误差控制和结构动态性能控制两方面进行机床结构设计参数分析和动态特性分析。首先,建立了基于刚体运动学的五轴小型机床系统空间误差模型,采用基于损失模型的稳健设计方法,以机床实际设计参数和局部几何误差为控制因素和噪声因素,以正交试验为工具安排了多组仿真试验;通过对试验结果的统计与分析评价了各设计参数对空间误差的影响及其稳健性。然后,采用有限元分析软件ANSYS对机床整机进行结构静动态特性分析,并对机床整机的动态特性作出评价,通过逐步缩短运动链的方法,找出重力作用下对刀具装夹处变形影响最大的部件,并提出修改建议,其中重点研究了零件结合部对装配体结构动态特性的影响。最后,采用试验模态分析的方法对分析结果进行验证,分析了仿真结果和试验结果出现偏差的原因,为以后无样机条件下的机床虚拟设计打下基础。

关键词：微小型机床稳健设计有限元结合部动态特性

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面向微小零件加工的微细切削技术

吉林大学学报（工学版） 2008年第5期38卷 1069-1076页

作者：梁迎春赵岩王波白清顺陈明君孙雅洲哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

比较了传统的精密/超精密机床与微小型机床在微细切削中的优缺点,综述了微小型机床在日本、美国、韩国以及中国的研制情况。分析了最小切削厚度和工件微结构对微细切削的影响,讨论了微细切削在微毛刺、表面形成、切削力建模及微刀具磨... 详细信息

比较了传统的精密/超精密机床与微小型机床在微细切削中的优缺点,综述了微小型机床在日本、美国、韩国以及中国的研制情况。分析了最小切削厚度和工件微结构对微细切削的影响,讨论了微细切削在微毛刺、表面形成、切削力建模及微刀具磨损方面的机理问题并指出了微细切削今后应当着重解决的技术难点。

关键词：机械制造工艺机床微小型机床微细切削微刀具