虚拟轴机床

摘要： 圆弧齿轮加工用虚拟轴机床伺服系统存在的不确定性会影响系统的性能，从而降低圆弧齿轮的加工精度；同时，滑模控制中抖动现象会影响控制的精度和稳定性。为提高虚拟轴机床的加工精度和抑制滑模控制中的抖动现象，提出了基于改进观测器的滑模变结构控制算法来控制虚拟轴机床的伺服电机，算法中采用该干扰观测器对系统中的不确定性进行观测，利用饱和函数代替符号函数来抑制滑模控制中的抖动现象。推导了基于改进观测器的滑模变结构控制律，并证明了所设计控制器的稳定性；为验证算法的有效性，在MATLAB中进行了仿真，仿真结果表明：所提出的算法能够有效地观测系统中存在的不确定性因素，并抑制滑模控制中的抖动现象，系统具有较强的位置跟踪性能和抗干扰能力。%The uncertainties existed in the servo system of virtual axis machine tool that was used to process the circular arc gears will affect the performance of the system and reduce the machi-ning accuracy of the circular arc gears,and the chattering phenomenon existed in the sliding mode control will influence the control accuracy and stability.In order to improve the machining accu-racy of the virtual axis machine tool and reduce chattering phenomenon in the sliding mode con-trol,an sliding model control scheme with improved disturbance observer was proposed to control the servo motor of the virtual axis machine tool.The disturbance observer was used to observe the uncertainties existed in the servo system of virtual axis machine tool in this algorithm and the symbolic function in the variable structure control was replaced by the saturation function to re-duce the chattering phenomenon which was brought by the variable structure control system.The control law was deduced based on the improved observer of sliding mode variable structure,and the stability of the designed controller was proved.In order to verify the validity of the algo-rithm,the simulation was taken in MATLAB,the simulation results showed that the algorithm proposed could effectively observe the uncertainties in the system,and chattering phenomenon in the sliding model control was reduced,then the motor servo system had stronger position track-ing performance and anti-interference ability.

摘要： 提出一种基于改进的多传感器一致性数据融合的虚拟轴机床定位方法,在虚拟轴机床动平台的位姿测量中使用了视觉技术与电子罗盘,解决了虚拟轴机床动平台上的主轴定位问题.此方法将虚拟轴机床各根杆上的编码器信息、视觉信息与动态惯性的测量数据进行数据融合,经过动态计算获得置信距离的关系矩阵,虚拟轴机床动平台的位置与姿态的精确定位得到了保证.经过一个单轴单方向的运动测量简化试验,将虚拟轴机床动平台6自由度位姿的测量作为研究对象,对其进行仿真试验.试验结果也表明了该定位方法有效可行.

摘要： 主要介绍了在Adams中对虚拟轴并联机床进行正逆解仿真分析的方法,在考虑机构柔性的情况下,结合Malab对一种五自由度虚拟轴并联机床的逆解和正解及额定负载下的运动误差进行分析.先用点驱动定义该机构末端的运动轨迹,仿真后测量得到各主动副的位移时间曲线即为逆解曲线.然后通过后处理模块对曲线进行处理,得到主动幅的驱动样条函数,再把该函数施加在五个主动幅上进行仿真,得到的机器末端位姿曲线即为正解轨迹.采用该方法分别对多刚体虚拟轴并联机床的运动轨迹和多柔体虚拟轴并联机床的运动轨迹进行了分析,通过分析发现该虚拟轴并联机床具有刚度大、精度高等优点.

摘要： 针对6-PUS虚拟轴机床运动学的问题,论文重点对其运动学的正解求解方法进行了分析与研究,并且对动平台的位置变量和姿态变量实施了解耦处理,通过姿态变量把位置变量表示出来,依据位置向量的转换关系、Cayley公式,获得了3个关于姿态变量的约束方程,对约束方程进行求解获得了姿态变量,从而获得位置变量,通过数值算例验证,表明了论文方法的有效性、可行性和正确性,为6-PUS虚拟轴机床的研究以及工程应用提供了重要的理论依据,具有工程应用价值.

摘要： 提出了一种将模糊控制、滑模控制与自适应控制三者有机的整合的模糊滑模自适应控制的算法,并以虚拟轴机床的单通道的阀控非对称液压缸作为研究的对象。仿真实验表明,该算法可以使得系统输出渐进地收敛于参考的输入信号,且可以很快地对变化的信号进行有效地跟踪,对参数的摄动与有界的干扰具有不变性。提出的方法与传统的PID控制比较,更加的适用于较强的干扰的复杂系统、高阶的非线性,将方法应用于虚拟轴机床的液压的控制系统可以获得较高的控制精度、较好的机床动态性能与较小的稳态误差。

摘要： 虚拟轴机床电机伺服控制系统的参数整定是虚拟轴机床设计的重要基础部分,论文对位置环控制器PID控制的参数和速度环控制器PID控制的参数使用遗传算法优化整定,并把优化整定结果和常规Ziegler-Nichols方法做了分析比较,同时对若干控制器的参数使用遗传算法同步实施优化整定,获得了非常好的结果.最后,在虚拟轴机床运动学控制的数学模型中添加了上述优化整定后的参数,进行仿真实验研究,仿真实验结果表明,对虚拟轴机床电机伺服控制系统的参数使用遗传算法优化整定,不仅优化的速度较快,而且可以获得令人满意的优化结果.

摘要： Real-time pose measurement for terminal tool of a virtual axis machine tool is still one of obstacles to achieve high-precision control and industrialization in the field of digital control processing. Pose measurement of tool for 6-DOF virtual axis machine tool is addressed in this paper. Firstly, the kinematics analysis of the virtual axis machine tool is made,then with pose inverse of terminal tool of virtual axis machine tool as neural network training samples,a RBF neural network identified with self-adaptive structure is established,so that virtual axis machine tool realizes map from joint variable space to work variable space.Finally,the neural network,which have been trained,is applied to achieve the real-time pose measurement of its' tooLExperimental results show thatithe method is not only effective and high-precision to measure the position of tool of the virtual axis machine tool using RBF neural network identified with self-adaptive structure,which lays the foundation for direct closed control of virtual axis machine tool.%实现虚拟轴机床末端刀具位姿的实时检测目前仍然是虚拟轴机床在数控加工领域实现高精度控制和产业化的障碍之一.针对六自由度虚拟轴机床的末端刀具位姿检测进行研究.首先对虚拟轴机床进行运动学分析,然后以虚拟轴机床末端刀具的位姿逆解作为神经网络的训练样本,构建结构自适应确定的RBF神经网络,实现虚拟轴机床从关节变量空间到工作变量空间的映射,最后利用已训练好的RBF神经网络实现虚拟轴机床末端刀具位姿的实时检测.实验结果表明:利用该方法实现虚拟轴机床末端刀具运动位姿的检测不仅具有可行性,而且具有较高的检测精度,为虚拟轴机床末端刀具的直接闭环高精度控制奠定了基础.

摘要： The uncertainties of a virtual axis machine tool are still a major obstacle for realizing the industrialization.Firstly ,the kinematics analysis of the parallel mechanism of a 6-DOF virtual axis machine tool is made.Secondly,a joint-space trajectory planning based on the PVT interpolation algorithm is conducted to ensure the stability of the mechanism movement.Finally ,in order to improve the robustness of the virtual axis machine tool for the disturbances and effectively inhibit the chatting caused by the excessive switching gain in the traditional sliding mode control method,a sliding mode controller with a disturbance observer is designed.The simulation results show that the control system of the virtual axis machine tool developed in it can improve the robustness for the parameter variations and external interferences and has a good dynamic tracking performance and an accurate steady-state performance.%虚拟轴机床为高度非线性、多变量、强耦合系统,存在诸多不确定性,其不确定性已成为虚拟轴机床实现产业化的重要障碍之一.在进行六自由度虚拟轴机床并联机构运动学分析基础上,为保证机构运动的平稳性,进行了基于PVT插补的关节空间轨迹规划,提出一种带有扰动观测器的滑模控制器,从而提高虚拟轴机床的抗干扰性能.对虚拟轴机床控制系统的仿真结果表明:该控制系统提高了对参数摄动和外在干扰的鲁棒性,具有良好的动态跟踪性能和精确的稳态性能.

摘要： 虚拟轴机床系统模型复杂难以准确建立,高速加工时存在强烈干扰且不确定,难以实际实现高性能控制,为此,提出一种新型自适应动态滑模控制方法,用于虚拟轴机床并联机构运动控制。通过构建新型动态切换函数,设计二阶动态滑模控制,以解决采用常规等效控制设计的滑模控制系统,因忽略执行机构快变动力学特性等而导致控制系统品质降低甚至不稳定的问题,同时避免滑模抖振的出现;引入自适应控制对虚拟轴机床加工时的外界干扰等不确定因素进行在线估计,以克服滑模控制性能需依赖于对未知干扰的先验估计的局限,增强虚拟轴机床克服高速加工时的强烈干扰的能力,进一步提高其控制性能。仿真和试验结果表明,采用自适应动态滑模控制方法,可使虚拟轴机床控制系统具有较好的自适应能力,较强的鲁棒性,良好的动态、稳态品质。

摘要： 虚拟轴数控机床是机器人技术与机床技术相结合产生的高科技产物,具有高精度、高刚性、高速度、高加速度、高柔性、高灵活性、推力大、重量轻等优异性能.介绍了虚拟轴数控机床的研究内容,提出了虚拟轴数控机床设计的关键问题及其解决方案,总结了这种直接驱动技术的意义.

摘要： 真空平台具有气密性好、通用性好、互换性好，定位孔可以满足常见大型壁板类零件的定位需求，安装、拆卸方便，省时省力等特点，因此具有重的推广意义。本文主针对虚拟轴机床的特点，研究大型真空平台的设计与制造，从真空平台密封，平台基体之间的连接方式，及零件装夹位置孔的安排等方面进行了探讨。该平台结构形式具有很高的推广及应用价值。

摘要： 实现虚拟轴机床的精密控制目前仍然是虚拟轴机床在高精度加工领域实现产业化、实用化的最大障碍之一，严重制约了其优势发挥，成为目前亟待解决的关键问题。本文在进行六自由度虚拟轴机床并联机构运动学分析基础上，为保证机构运动的平稳性，进行了基于摆线运动的关节空间轨迹规划。针对六自由度虚拟轴机床并联机构的控制特点，为实现其高精度控制，以滑动函数s代替符号函数sgn(s)，设计了一种无需精确建立虚拟轴机床并联机构数学模型、易于设计、易于实现、完全无抖振的新型滑模控制系统。应用于虚拟轴机床各支路控制的仿真结果表明，该控制系统跟踪性能好，抗干扰力强，能较为准确地实现虚拟轴机床各支路的运动控制，具有良好的动态和稳态品质。

摘要： 以自由曲面研抛虚拟轴机床为对象,研究了柔性连杆对其运动精度的影响.推导出变形与空间位置的关系,提出位置影响系数和姿态影响系数的概念,用以描述柔性连杆对机构位置、姿态的影响.认为在大部分运动空间,连杆的柔性对动平台位置姿态没有什么影响;但在少数运动空间,对动平台的位置有突变影响.该结论对机床加工精度补偿具有重要意义.

摘要： 针对虚拟轴机应酬的结构特点,提出了虚拟轴机床的可重组设计方法,认为这种方法与敏捷制造和绿色制造相融合具有重要意义,文章还给出了面向敏捷制造的虚拟轴机床可重组设计工作流程,为先进制造技术的敏捷性和环保性提供了一种新的技术平台.

摘要： 以并联机床为对象,基于3DSMAX和MAXScript脚本语言开发平台,在虚拟环境下进行了样机的实体建模、运动仿真和干涉分析,为检查机床结构设计中的动静态干涉问题、验证轨迹规划的合理性、实现对零件可加工性及加工参数的合理性评价提供了可靠的依据.

摘要： 以并联机床为对象,基于3DSMAX和MAXScript脚本语言开发平台,在虚拟环境下进行了样机的实体建模、运动仿真和干涉分析,为检查机床结构设计中的动静态干涉问题、验证轨迹规划的合理性、实现对零件可加工性及加工参数的合理性评价提供了可靠的依据.

摘要： 以并联机床为对象,基于3DSMAX和MAXScript脚本语言开发平台,在虚拟环境下进行了样机的实体建模、运动仿真和干涉分析,为检查机床结构设计中的动静态干涉问题、验证轨迹规划的合理性、实现对零件可加工性及加工参数的合理性评价提供了可靠的依据.

摘要： 提出了以四自由度空间并联机构作为主进给机构,辅以双向移动工作台实现多坐标数控加工的一种新型并联机床的配置方案.设计了面向该并联机床的CNC系统方案.提出了以粗插补和精插补相结合的插补策略,构造了由刀具轨迹计算、位置与速度逆解模型和PVT细插补模式结合的曲面直接插补算法.为新型并联机床的CNC系统研究开发奠定了理论和技术基础.

摘要： 提出了以四自由度空间并联机构作为主进给机构,辅以双向移动工作台实现多坐标数控加工的一种新型并联机床的配置方案.设计了面向该并联机床的CNC系统方案.提出了以粗插补和精插补相结合的插补策略,构造了由刀具轨迹计算、位置与速度逆解模型和PVT细插补模式结合的曲面直接插补算法.为新型并联机床的CNC系统研究开发奠定了理论和技术基础.

摘要： 提出了以四自由度空间并联机构作为主进给机构,辅以双向移动工作台实现多坐标数控加工的一种新型并联机床的配置方案.设计了面向该并联机床的CNC系统方案.提出了以粗插补和精插补相结合的插补策略,构造了由刀具轨迹计算、位置与速度逆解模型和PVT细插补模式结合的曲面直接插补算法.为新型并联机床的CNC系统研究开发奠定了理论和技术基础.

摘要： 一种用于虚拟轴数控机床、虚拟轴并联坐标测量机及并联机器人的三维平移并联机构，由上平台、下平台和结构相同的三条支路组成。每条支路由相互平行的一个R转动副和一个C园柱副，及另一个与之垂直的C园柱副串联而成。控制下平台上三个驱动关节的运动，就可控制上动平台在空间X、Y、Z方向上的三维平移输出。该类机构具有结构简单、输入一输出具有解耦性，工作空间较大、便于制造安装等优点，可作为新型并联虚轴数控机床、新型并联坐标测量机及新型并联机器人的执行机构。

摘要： 提供一类(6种)三维平移并联机构。一种由动平台、静平台和三条支路组成，每条支路由两个转动副和一个园柱副三者的轴线相互平行串联而成。支路两端联接在动、静平台上，但两条支路为平行配置，第三条支路与前两条支路呈垂直配置或者非平行、非垂直配置。驱动静平台上的三个转动副即可控制动平台的三维平移输出。该机构具有结构简单、输入-输出有解耦性、工作空间较大、便于制造、安装等优点。特别是极大地简化了机器人系统的控制与轨迹规划的复杂性。为虚拟轴数控机床、机器人和虚拟轴机械测量机等提供了新机型，为它们的开发与实用化提供了可能。

摘要： 本发明公开了一种校正工装、机床虚拟旋转轴补偿方法及系统、五轴机床，涉及机床领域，其中，机床虚拟旋转轴补偿方法包括：在机床工作台上安装上述的校正工装；对机床工作台按照预设的旋转角度进行旋转操作，记录球体在旋转操作后的坐标，并根据球体坐标计算旋转轴补偿值(a，b)；将旋转轴补偿值(a，b)更新至机床参数中。本发明的机床虚拟旋转轴补偿方法，提高了机床的加工精度。本发明的校正工装为本发明的机床虚拟旋转轴补偿方法用使用的工具，本发明的机床虚拟旋转轴系统和五轴机床应用上述机床虚拟旋转轴补偿方法。

摘要： 本发明公开了一种校正工装、机床虚拟旋转轴补偿方法及系统、五轴机床，涉及机床领域，其中，机床虚拟旋转轴补偿方法包括：在机床工作台上安装上述的校正工装；对机床工作台按照预设的旋转角度进行旋转操作，记录球体在旋转操作后的坐标，并根据球体坐标计算旋转轴补偿值(a，b)；将旋转轴补偿值(a，b)更新至机床参数中。本发明的机床虚拟旋转轴补偿方法，提高了机床的加工精度。本发明的校正工装为本发明的机床虚拟旋转轴补偿方法用使用的工具，本发明的机床虚拟旋转轴系统和五轴机床应用上述机床虚拟旋转轴补偿方法。

摘要： 一种五自由度五轴并联虚拟轴机床，其结构是运动台通过五支连杆与固定台连接，五支连杆通过铰链与运动台连接，五支连杆通过运动副与固定台连接，每支连杆可以是伸缩连杆，也可以是定长连杆。运动台上装着电主轴和刀具。本发明系统运动非线性度和耦合度明显降低、加工装配工艺性好、造价低，可广泛用于空间曲面(如模具、叶轮、螺旋齿轮等)的加工中。

摘要： 四自由度四轴并联虚拟轴机床，其结构是运动台通过四支连杆与固定台连接，四支连杆与运动台的连接是分布在运动台三个互相垂直平面上的铰链，四支连杆与固定台的连接是分布在固定台三个互相垂直平面上的运动副，运动台上装着电主轴和刀具。本发明机床具有高刚度、高精度、低运动质量、高动态性能、结构简单、成本低、易制造的优点。本发明可广泛用于对空间曲面(如模具、叶轮、螺旋齿轮等)的加工上。

摘要： 一种三自由度三轴并联虚拟轴机床，其主要技术特征是，运动台通过三支连杆与固定台连接，三支连杆与运动台的连接是分布在运动台三个互相垂直平面上的虎克铰，三支连杆与固定台的连接是分布在固定台三个互相垂直平面上的运动副，运动台上装着电主轴和刀具。本发明机床具有高刚度、高精度、低运动质量、高动态性能、结构简单、成本低、易制造的优点。可广泛用于对空间曲面(如模具、叶轮、螺旋齿轮等)的加工上。

摘要： 一种五自由度五轴并联虚拟轴机床，其结构是运动台通过五支连杆与固定台连接，五支连杆通过铰链与运动台连接，五支连杆通过运动剐与固定台连接，每支连杆可以是伸缩连杆，也可以是定长连杆。运动台上装着电主轴和刀具。本发明系统运动非线性度和耦合度明显降低、加工装配工艺性好、造价低，可广泛用于空间曲面(如模具、叶轮、螺旋齿轮等)的加工中。

摘要： 四轴并联虚拟轴机床，其结构是运动台通过四支连杆与固定台连接，四支连杆与运动台的连接是分布在运动台三个互相垂直平面上的铰链，四支连杆与固定台的连接是分布在固定台三个互相垂直平面上的运动副，运动台上装着电主轴和刀具。本发明机床具有高刚度、高精度、低运动质量、高动态性能、结构简单、成本低、易制造的优点。本发明可广泛用于对空间曲面(如模具、叶轮、螺旋齿轮等)的加工上。

摘要： 一种三自由度三轴并联虚拟轴机床，其主要技术特征是，运动台通过三支连杆与固定台连接，三支连杆与运动台的连接是分布在运动台三个互相垂直平面上的虎克铰，三支连杆与固定台的连接是分布在固定台三个互相垂直平面上的运动副，运动台上装着电主轴和刀具。本发明机床具有高刚度、高精度、低运动质量、高动态性能、结构简单、成本低、易制造的优点。可广泛用于对空间曲面(如模具、叶轮、螺旋齿轮等)的加工上。