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基于工艺信息感知的进给系统热特性建模

制造技术与机床 2024年

作者：李绪恒张宏杰王峥高卫国翁凌韬天津工业大学机械工程学院天津大学机械工程学院长光集智光学科技有限公司

机床精度对热敏感，进给系统生热会引起机床结构温度场变化，并诱致精度失稳。如何构建进给系统在复杂热工况下的热特性评价模型，对于准确掌握机床热特性，并指导开展热态控制与热稳定性提升控制意义重大。传统生热模型以恒定的参数建... 详细信息

机床精度对热敏感，进给系统生热会引起机床结构温度场变化，并诱致精度失稳。如何构建进给系统在复杂热工况下的热特性评价模型，对于准确掌握机床热特性，并指导开展热态控制与热稳定性提升控制意义重大。传统生热模型以恒定的参数建立模型，未能反映时变性模型与工艺信息的映射关系，文章提出了考虑多源工艺信息的生热模型构造方法，综合考虑了机床在加工过程中的运行参数、工艺参数、热状态等多源信息变化，深入研究了机床输入功率与进给系统各零部件损耗功率之间的匹配关系，建立了进给系统结构件的瞬时生热功率计算模型。实验结果表明，相比于传统方式建模，基于该模型的温度场预测精度提高了28.15%。

关键词：进给系统工艺信息瞬时生热功率

基于PSCS优化RBF网络的励磁电驱进给系统抗扰动控制

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工程机械文摘 2024年第3期 12-14页

作者：徐勇光周口职业技术学院汽车与机电工程学院周口职业技术学院汽车与机电工程学院

机床进给系统在运行的时候经常因为外部干扰和电磁信号不确定等原因造成精度降低，针对励磁电机驱动进给系统，设计一种基于自适应布谷鸟搜索（PSCS）优化RBF网络的抗扰动控制方法，并开展控制性能分析。研究结果表明：空载和启动突加... 详细信息

机床进给系统在运行的时候经常因为外部干扰和电磁信号不确定等原因造成精度降低，针对励磁电机驱动进给系统，设计一种基于自适应布谷鸟搜索（PSCS）优化RBF网络的抗扰动控制方法，并开展控制性能分析。研究结果表明：空载和启动突加负载下，以PSCS优化RBF网络控制系统达到了最快的响应速率，只经过0.1 s左右就达到控制目标状态。相比较PID和SMC控制方式，PSCS优化RBF网络控制系统动态降落显著减小，恢复时间也明显缩短。经测试可知，采用该控制策略能够实现系统抗干扰性能的显著提升。

关键词：进给系统数控机床电机驱动 RBF网络布谷鸟搜索

基于差分进化算法的数控机床进给系统加速试验优化模型

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农机使用与维修 2024年第5期 88-90页

作者：金涛临沂市技师学院山东临沂276000

为了进一步提高数控机床进给系统工作性能及效率,该研究引入差分进化算法,基于差分进化算法的原理和应用流程,自动寻找最佳的参数配置,提高加速过程的效率。通过差分进化算法的迭代优化,寻找最佳的参数组合,以实现更快速、更平稳的加速... 详细信息

为了进一步提高数控机床进给系统工作性能及效率,该研究引入差分进化算法,基于差分进化算法的原理和应用流程,自动寻找最佳的参数配置,提高加速过程的效率。通过差分进化算法的迭代优化,寻找最佳的参数组合,以实现更快速、更平稳的加速过程。模型运行试验结果表明,优化后的数控机床进给系统在加速阶段具有更高的性能和更短的加速时间。研究结果能对提高数控机床的加工效率和性能提供有力支持,对于制造业具有重要的实际应用意义。

关键词：数控机床进给系统加速性能差分进化算法优化加速时间

车铣复合加工中心进给系统机械传递环节频响特性研究

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模具制造 2024年第3期24卷 155-157页

作者：陈先锋泰之(上海)自动化科技有限公司上海201802

通过对比分析进给系统参数对低阶模态的影响,对系统参数进行了优化,并通过模态试验对仿真计算结果和参数优化效果进行了验证。研究表明:选用高刚度的丝杠紧轴承、较大直径和节距的丝杠、较大螺母刚度与大直径和大节距的丝杠配合,均可以... 详细信息

通过对比分析进给系统参数对低阶模态的影响,对系统参数进行了优化,并通过模态试验对仿真计算结果和参数优化效果进行了验证。研究表明:选用高刚度的丝杠紧轴承、较大直径和节距的丝杠、较大螺母刚度与大直径和大节距的丝杠配合,均可以提高系统的一阶固有频率,其中丝杠紧轴承一侧的刚度对于提高系统一阶固有频率的影响最显著。

关键词：进给系统模态分析仿真方法

基于CNN-GRU组合神经网络的数控机床进给系统热误差研究

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仪器仪表学报 2023年第10期44卷 219-226页

作者：孙兴伟杨铜铜杨赫然董祉序刘寅沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 辽宁省复杂曲面数控制造技术重点实验室沈阳110870

热变形引起的误差是影响数控机床精度的主要因素之一。为了减小热误差对数控机床精度的影响,提出一种基于CNN-GRU组合神经网络的热误差预测方法。通过热误差实验,采集螺旋曲面专用数控机床直线进给系统的温升数据和热误差数据;利用模糊... 详细信息

热变形引起的误差是影响数控机床精度的主要因素之一。为了减小热误差对数控机床精度的影响,提出一种基于CNN-GRU组合神经网络的热误差预测方法。通过热误差实验,采集螺旋曲面专用数控机床直线进给系统的温升数据和热误差数据;利用模糊C均值聚类和灰色关联度分析筛选进给系统温度敏感点;以温度敏感点的温升数据和进给系统热误差为数据样本,建立CNN-GRU热误差预测模型。为验证模型的准确性和实用性,与基于CNN-LSTM和基于LSTM的传统热误差预测模型进行预测对比分析,结果表明CNN-GRU模型预测结果的平均绝对误差、均方根误差和决定系数均优于CNN-LSTM模型和LSTM模型,具有较高的预测精度和鲁棒性。提供的热误差模型可为后续误差补偿奠定基础,为数控机床的热误差预测提供思路。

关键词：模糊C均值聚类灰色关联度分析进给系统温度敏感点误差预测

进给系统热变形对机床运动重复性误差的影响研究

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工程设计学报 2023年第4期30卷 456-466页

作者：孙光明杨景景陈思奇赵坚张贺帅天津城建大学控制与机械工程学院天津300384 天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300072

为了分析进给系统热变形对机床运动重复性误差的影响,提出了一种基于分层模型-移动热源的进给系统热变形建模方法。将进给系统分为丝杠层和工作台层,将移动结合面等效为弹簧。采用实体单元和接触单元建立了有限元模型,在丝杠和导轨上施... 详细信息

为了分析进给系统热变形对机床运动重复性误差的影响,提出了一种基于分层模型-移动热源的进给系统热变形建模方法。将进给系统分为丝杠层和工作台层,将移动结合面等效为弹簧。采用实体单元和接触单元建立了有限元模型,在丝杠和导轨上施加移动热源,获得进给系统的温度场和热变形。在此基础上,分析了工作台进给速度、轴承预紧力矩和滑块支撑距离对机床运动重复性误差的影响,并进行了实验验证。研究表明,工作台进给速度和轴承预紧力距对机床运动重复性误差的影响较大,滑块支撑距离对机床运动重复性误差的影响较小。研究结果为在机床设计和装配中减小机床运动重复性误差提供了依据。

关键词：进给系统热变形移动热载荷运动重复性误差

基于混合驱动的进给系统数字孪生模型自适应更新法

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计算机集成制造系统 2023年第6期29卷 1840-1851页

作者：黄华李嘉然赵秋舸支晓波兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

为了解决传统建模方法搭建的数控机床进给系统模型形式单一且缺乏与物理空间的在线实时交互,导致仿真结果精度低的问题,提出一种基于机理模型和数据驱动模型混合驱动的进给系统数字孪生模型自适应更新方法。该方法针对进给系统多领域耦... 详细信息

为了解决传统建模方法搭建的数控机床进给系统模型形式单一且缺乏与物理空间的在线实时交互,导致仿真结果精度低的问题,提出一种基于机理模型和数据驱动模型混合驱动的进给系统数字孪生模型自适应更新方法。该方法针对进给系统多领域耦合的特点,利用物理建模工具Simulink/Simscape建立了机电一体化数字孪生机理模型,同时基于长短记忆神经网络建立了数字孪生数据驱动模型,二者混合构成进给系统数字孪生模型。在此基础上,采用带有遗忘因子的递推最小二乘算法更新模型,提高了模型的适应性。通过双轴进给系统的虚实同步运动实验验证了所提方法的有效性。

关键词：数字孪生进给系统自适应性更新可视化仿真虚实交互

基于图论诊断法与小波包变换的数控机床进给系统故障诊断研究

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振动与冲击 2022年第15期41卷 130-137,185页

作者：黄华薛文虎姚嘉靖王永和兰州理工大学机电工程学院兰州730050

在复杂机械系统未知故障诊断中,单一故障诊断方法诊断精度低、推理速度慢,不利于工程实际应用。针对这一问题,提出了基于小波包变换与图论诊断法的数控机床进给系统故障联合诊断方法。首先利用图论诊断法建立数控机床进给系统的故障模型... 详细信息

在复杂机械系统未知故障诊断中,单一故障诊断方法诊断精度低、推理速度慢,不利于工程实际应用。针对这一问题,提出了基于小波包变换与图论诊断法的数控机床进给系统故障联合诊断方法。首先利用图论诊断法建立数控机床进给系统的故障模型,并根据故障原因定位算法快速确定引起故障发生的可能原因,缩小诊断范围;然后对振动信号进行小波包变换,进一步精确定位故障原因,最终实现数控机床进给系统中未知故障的准确识别与诊断。试验证明,基于图论诊断法与小波包变换的故障联合诊断方法,弥补了图论诊断法故障冗余解多和诊断精度低的缺陷,实现了未知故障的快速筛选与精确定位,可以高效、准确的诊断数控机床进给系统中的未知故障。

关键词：进给系统故障诊断球杆仪监测法图论诊断法

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进给系统直接转矩控制与摩擦补偿研究

进给系统直接转矩控制与摩擦补偿研究

作者：陈志强天津大学

学位级别：硕士

目前数控机床进给系统的控制方法主要采用矢量控制,而与矢量控制相对应的直接转矩控制在进给系统中的应用较少,研究表明其在实时性上存在一定的优势,但相关问题尚待研究。本文以直线轴滚珠丝杠进给系统为研究对象,研究了直接转矩控制模... 详细信息

目前数控机床进给系统的控制方法主要采用矢量控制,而与矢量控制相对应的直接转矩控制在进给系统中的应用较少,研究表明其在实时性上存在一定的优势,但相关问题尚待研究。本文以直线轴滚珠丝杠进给系统为研究对象,研究了直接转矩控制模式下的进给系统机电耦合模型,并基于Lu Gre模型对进给系统的摩擦进行参数辨识与摩擦补偿。本文研究内容如下:基于集中参数法,建立了滚珠丝杠进给系统动力学模型。以此为基础,构建出矢量控制模式下进给系统机电耦合模型。同时,建立了基于滞环控制器、模糊PI控制器和滑模控制器三种直接转矩控制模式下,进给系统机电耦合模型,为后续的对比分析工作奠定了基础。基于LuGre模型,开展了摩擦力矩测试实验,利用西门子配套的Starter软件采集了电机转速及摩擦力矩。基于最小二乘法和粒子群优化算法,辨识出Lu Gre模型的静态和动态参数,为后续摩擦补偿研究奠定了基础。基于辨识的摩擦参数,建立了考虑摩擦的进给系统机电耦合模型。通过机电耦合仿真,对比分析了矢量控制及典型直接转矩控制模式下进给系统的动态性能。同时,基于机电耦合仿真,系统分析了基于滑模控制器的直接转矩控制模式下,关键控制参数和机械参数对进给系统动态性能的影响规律。基于摩擦参数辨识结果,设计了前馈控制摩擦补偿器,构建了考虑摩擦补偿的进给系统机电耦合模型。搭建了基于RT-LAB和OP4510的半实物仿真平台,开展了考虑摩擦的机电耦合仿真及自回环测试,通过对比分析验证了摩擦补偿器的可行性,为后续的工程应用奠定了基础。

关键词：进给系统直接转矩控制机电耦合参数辨识摩擦补偿