宏宏双驱差动伺服系统低速特性研究
发布时间：2021-11-03 21:33
超精密加技术、纳米加工技术处于当前制造加工技术的前沿,众所周知,实现其技术的实质性突破,核心瓶颈是提高加工母机的运动、动态精度。伺服系统作为机床的核心部件,在其运动过程中机械各部件之间存在摩擦影响,传统的“伺服电机+滚珠丝杠”的传动方式受低速非线性爬行现象影响较大,实现均匀、微位移、连续进给较困难。目前常用宏微双驱动形式、液体静压技术、直线电机获得的大行程微量进给,其控制算法复杂、制造、维护成本昂贵。本文作者导师基于速度合成原理提出了一种微位移进给方式“宏宏双驱差动伺服系统”。本文以宏宏双驱差动伺服系统为研究对象,围绕其刚度分析、动态特性、低速运动特性等方面展开研究。主要内容包括:建立了双驱动试验台的混合动力学模型。对试验台中各部件的连接方式进行了分析:考虑到丝杠的弹性变形,为了使计算结果更加精确,将滚珠丝杠等效为铁木辛柯梁;利用赫兹接触理论,对机构中的轴承、丝杠螺母副、滚珠导轨副的接触刚度进行了计算;伺服电机、联轴器、其他零部件利用集中质量或等效弹簧进行等效代换。本系统为“伺服电机驱动螺母”与“伺服电机驱动丝杠”的组合。由于其结构的复杂,进给运动过程中系统的振动频率如果接近系统的固有...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
XY箱密定位系统的实验装置
第１章绪论??澳门大学学者Ｘｕ?Ｑ１１２１设计了一种新型的具有厘米范围和紧凑尺十的柔性并??联运动学精密＆位平台，如图１－２所示，机构的设计使用叶片弯曲，以实现解耦??和模块化的结构，每个工作轴的可达运动范围超过２０?ｍｍ。静态试验和动态试验??都显示出两个轴之间的小串扰，这表明两轴之间具有良好的解耦运动特性，其定??位精度达到亚微米级。它比现有的结构更紧凑，该平台具有工作空间大于１１??ｍｍＸ?１１?ｍｍ的定位能力。??＼?？?＊??＼?Ｏｕｌｐｕｉ?ｃｅｎｓｏｒｓ??ｐｌａｌ＂，ｒｍ?）??拿Ｉ??ＶＣ＇Ｍ?ｄｒｉｖｅｒ『系??Ｉ冬Ｉ?１－２?ＸＹ精密定位系统的实验装置??澳大利亚莫纳什大学的学者Ｂｈａｇａｔ?Ｕ｜ｌ３］设计了一种柔性三自由度机构，如??图１－３所示，整体机构利用基于弯曲的设计和悬臂机构产生三自由度运动，利用??杠杆放人来提高机构的位移。实现了?Ｘ、Ｙ方向和０方向的运动学解稱，该设??计体积小（约１４２ｍｍＸｌｌ〇ｍｍ）。采用刚体建模
?山东大学硕士学位论文??型压电直线步进执行器”，如图１－４所示，根据执行器的样机设计了其动态测试系??统，经过研究发现执行器在低频脉冲的作用下，持续高电平的时间为ｌｍｓ时，??本机构可以达到其最高速度且工作范围最大。驱动器可以达Ｏ．ｌｕｍ的位移分辨率，??其最高速度为〇．６ｍｍ／ｓ，其负载高达２００ｇ，工作范闱在厘米级，结构简单、易于??控制、可实现高精度定位。??ｍｗｍＭ?迂电＿瓷?ｒｉ％??逵ｃｒ?違黄?可变值杯?棚栏??图１－４压电步进执行机构??吉林大学Ｚｈｕ?Ｚ［１５］基于压电驱动的技术设计了一种“两自由度微／纳米解耦??快速刀具”，基于柔性铰链和运动原理提出了一种新的弯曲结构。如图１－５所??示，本机构关于Ｙ轴对称，由结构可以得出机构不会发生横向位移，机构由三??个关键部件组成：两个对称驱动单元Ａ、Ｂ，?Ｚ形挠曲制导装置。本机构Ｚ轴的??行程为２７．３叫１，其分辨率高达１４ｎｍ；?Ｘ轴的移动范围从－８．３７９ｐｍ到７．５４４叫１，??其分辨半能达到８ｎｍ；两个方向的实际耦合运动分别约为２．２９％和４．３３％。??图１－５?２?ＤＯＦ快速刀架机构原理图??台湾的国立高雄第？科大Ｌｉｕ?Ｙ１９］提出了?－种“弹簧压电致动器冲击力的精??密定位台”
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RomaxCLOUD的角接触球轴承轴向刚度计算分析[J]. 严小云,朱永生,牛青波,李江艳,张进华. 轴承. 2018(02)
[2]基于ANSYS Workbench的滚珠丝杠副模态分析[J]. 魏效玲,王佳宁,刘强. 河北工程大学学报(自然科学版). 2017(01)
[3]宏微双级驱动精密定位平台的建模与控制[J]. 李彤彤,田艳兵,韩森,程龙. 液压气动与密封. 2017(01)
[4]基于ANSYS的滚珠丝杠螺母副的动力学分析[J]. 刘琼,党秋会,杨亮. 智能制造. 2016(07)
[5]基于Hertz接触的滚珠丝杠副结合部刚度特性分析[J]. 姬坤海,殷国富,王万金. 组合机床与自动化加工技术. 2015(08)
[6]利用差动原理和采样补偿提高工作台精度[J]. 王荣,张敏良. 上海工程技术大学学报. 2014(04)
[7]超精密伺服系统控制与应用[J]. 闫鹏,张震,郭雷,刘鹏博. 控制理论与应用. 2014(10)
[8]考虑模态特性的高速机床进给系统刚度匹配研究[J]. 刘海涛,王磊,赵万华. 西安交通大学学报. 2014(01)
[9]滚珠丝杠模态试验及其有限元法动力学建模[J]. 李斌,涂智萌,毛宽民,余训星. 华中科技大学学报(自然科学版). 2013(08)
[10]滚珠丝杠系统的动态特性[J]. 杨勇,张为民,赵红朴. 振动.测试与诊断. 2013(04)
博士论文
[1]双轴差速式微量进给伺服系统摩擦建模分析与补偿研究[D]. 杜付鑫.山东大学 2018
[2]宏宏双驱动微量进给伺服系统动态特性研究[D]. 于翰文.山东大学 2016
[3]高速高精度滚珠丝杠定位系统动态特性与控制方法研究[D]. 钱荣荣.中国科学技术大学 2016
[4]滚珠丝杠进给系统自适应建模理论与方法研究[D]. 王永强.山东大学 2013
[5]面向纳米压印光刻设备的精密定位工作台的设计方法与实验[D]. 贾晓辉.天津大学 2010
[6]超精密加工数值模拟与实验研究[D]. 景秀并.天津大学 2010
[7]宏/微驱动高速高精度定位系统的研究[D]. 节德刚.哈尔滨工业大学 2006
硕士论文
[1]高精密卧式数控机床进给系统刚柔耦合特性研究[D]. 宣贺.青岛大学 2018
[2]数控转塔冲床进给系统的动力学分析及优化[D]. 夏敏思.东南大学 2017
[3]宏/微双驱动微切削定位进给系统的研究[D]. 纪飞飞.江苏科技大学 2017
[4]滚珠丝杠对超精密机床进给系统工作台非线性振动影响的研究[D]. 曾浩然.成都理工大学 2017
[5]滚珠丝杠副刚性和综合性能研究与测评[D]. 黄金宝.南京理工大学 2017
[6]高速精密滚珠丝杠副动态特性的理论和实验研究[D]. 沈晓燕.南京理工大学 2017
[7]压电驱动型宏微结合精密定位运动平台的研究[D]. 刘晖.吉林大学 2016
[8]龙门数控机床主轴进给驱动机电耦合特性研究[D]. 胡芳.南京航空航天大学 2016
[9]DK4012型滚珠丝杠副振动与噪声仿真及实验研究[D]. 吴国银.东南大学 2015
[10]直线进给系统的爬行机理研究及动力学分析[D]. 梁亚敏.东北大学 2014
本文编号：3474377
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
XY箱密定位系统的实验装置
第１章绪论??澳门大学学者Ｘｕ?Ｑ１１２１设计了一种新型的具有厘米范围和紧凑尺十的柔性并??联运动学精密＆位平台，如图１－２所示，机构的设计使用叶片弯曲，以实现解耦??和模块化的结构，每个工作轴的可达运动范围超过２０?ｍｍ。静态试验和动态试验??都显示出两个轴之间的小串扰，这表明两轴之间具有良好的解耦运动特性，其定??位精度达到亚微米级。它比现有的结构更紧凑，该平台具有工作空间大于１１??ｍｍＸ?１１?ｍｍ的定位能力。??＼?？?＊??＼?Ｏｕｌｐｕｉ?ｃｅｎｓｏｒｓ??ｐｌａｌ＂，ｒｍ?）??拿Ｉ??ＶＣ＇Ｍ?ｄｒｉｖｅｒ『系??Ｉ冬Ｉ?１－２?ＸＹ精密定位系统的实验装置??澳大利亚莫纳什大学的学者Ｂｈａｇａｔ?Ｕ｜ｌ３］设计了一种柔性三自由度机构，如??图１－３所示，整体机构利用基于弯曲的设计和悬臂机构产生三自由度运动，利用??杠杆放人来提高机构的位移。实现了?Ｘ、Ｙ方向和０方向的运动学解稱，该设??计体积小（约１４２ｍｍＸｌｌ〇ｍｍ）。采用刚体建模
?山东大学硕士学位论文??型压电直线步进执行器”，如图１－４所示，根据执行器的样机设计了其动态测试系??统，经过研究发现执行器在低频脉冲的作用下，持续高电平的时间为ｌｍｓ时，??本机构可以达到其最高速度且工作范围最大。驱动器可以达Ｏ．ｌｕｍ的位移分辨率，??其最高速度为〇．６ｍｍ／ｓ，其负载高达２００ｇ，工作范闱在厘米级，结构简单、易于??控制、可实现高精度定位。??ｍｗｍＭ?迂电＿瓷?ｒｉ％??逵ｃｒ?違黄?可变值杯?棚栏??图１－４压电步进执行机构??吉林大学Ｚｈｕ?Ｚ［１５］基于压电驱动的技术设计了一种“两自由度微／纳米解耦??快速刀具”，基于柔性铰链和运动原理提出了一种新的弯曲结构。如图１－５所??示，本机构关于Ｙ轴对称，由结构可以得出机构不会发生横向位移，机构由三??个关键部件组成：两个对称驱动单元Ａ、Ｂ，?Ｚ形挠曲制导装置。本机构Ｚ轴的??行程为２７．３叫１，其分辨率高达１４ｎｍ；?Ｘ轴的移动范围从－８．３７９ｐｍ到７．５４４叫１，??其分辨半能达到８ｎｍ；两个方向的实际耦合运动分别约为２．２９％和４．３３％。??图１－５?２?ＤＯＦ快速刀架机构原理图??台湾的国立高雄第？科大Ｌｉｕ?Ｙ１９］提出了?－种“弹簧压电致动器冲击力的精??密定位台”
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RomaxCLOUD的角接触球轴承轴向刚度计算分析[J]. 严小云,朱永生,牛青波,李江艳,张进华. 轴承. 2018(02)
[2]基于ANSYS Workbench的滚珠丝杠副模态分析[J]. 魏效玲,王佳宁,刘强. 河北工程大学学报(自然科学版). 2017(01)
[3]宏微双级驱动精密定位平台的建模与控制[J]. 李彤彤,田艳兵,韩森,程龙. 液压气动与密封. 2017(01)
[4]基于ANSYS的滚珠丝杠螺母副的动力学分析[J]. 刘琼,党秋会,杨亮. 智能制造. 2016(07)
[5]基于Hertz接触的滚珠丝杠副结合部刚度特性分析[J]. 姬坤海,殷国富,王万金. 组合机床与自动化加工技术. 2015(08)
[6]利用差动原理和采样补偿提高工作台精度[J]. 王荣,张敏良. 上海工程技术大学学报. 2014(04)
[7]超精密伺服系统控制与应用[J]. 闫鹏,张震,郭雷,刘鹏博. 控制理论与应用. 2014(10)
[8]考虑模态特性的高速机床进给系统刚度匹配研究[J]. 刘海涛,王磊,赵万华. 西安交通大学学报. 2014(01)
[9]滚珠丝杠模态试验及其有限元法动力学建模[J]. 李斌,涂智萌,毛宽民,余训星. 华中科技大学学报(自然科学版). 2013(08)
[10]滚珠丝杠系统的动态特性[J]. 杨勇,张为民,赵红朴. 振动.测试与诊断. 2013(04)
博士论文
[1]双轴差速式微量进给伺服系统摩擦建模分析与补偿研究[D]. 杜付鑫.山东大学 2018
[2]宏宏双驱动微量进给伺服系统动态特性研究[D]. 于翰文.山东大学 2016
[3]高速高精度滚珠丝杠定位系统动态特性与控制方法研究[D]. 钱荣荣.中国科学技术大学 2016
[4]滚珠丝杠进给系统自适应建模理论与方法研究[D]. 王永强.山东大学 2013
[5]面向纳米压印光刻设备的精密定位工作台的设计方法与实验[D]. 贾晓辉.天津大学 2010
[6]超精密加工数值模拟与实验研究[D]. 景秀并.天津大学 2010
[7]宏/微驱动高速高精度定位系统的研究[D]. 节德刚.哈尔滨工业大学 2006
硕士论文
[1]高精密卧式数控机床进给系统刚柔耦合特性研究[D]. 宣贺.青岛大学 2018
[2]数控转塔冲床进给系统的动力学分析及优化[D]. 夏敏思.东南大学 2017
[3]宏/微双驱动微切削定位进给系统的研究[D]. 纪飞飞.江苏科技大学 2017
[4]滚珠丝杠对超精密机床进给系统工作台非线性振动影响的研究[D]. 曾浩然.成都理工大学 2017
[5]滚珠丝杠副刚性和综合性能研究与测评[D]. 黄金宝.南京理工大学 2017
[6]高速精密滚珠丝杠副动态特性的理论和实验研究[D]. 沈晓燕.南京理工大学 2017
[7]压电驱动型宏微结合精密定位运动平台的研究[D]. 刘晖.吉林大学 2016
[8]龙门数控机床主轴进给驱动机电耦合特性研究[D]. 胡芳.南京航空航天大学 2016
[9]DK4012型滚珠丝杠副振动与噪声仿真及实验研究[D]. 吴国银.东南大学 2015
[10]直线进给系统的爬行机理研究及动力学分析[D]. 梁亚敏.东北大学 2014
本文编号：3474377
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