基于直线电机的一维随动加载机构研究
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看完这个你就是直线电机专家了直线电机原理直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。
它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。
对应旋转电机定子的部分叫初级，对应转子的部分叫次级。
在初级绕组中通多相交流电，便产生一个平移交变磁场称为行波磁场。
在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。
（最全面的）直线电机应用场合激光切割、SMT贴片机、切割机床、物流设备、立体仓库、油田抽油机、PCB钻孔机，太阳能晶片印刷和切割、半导体生产制造设备：包括晶圆制造和晶片封装设备、接线、切割、钻孔、运输系统、机器人技术、平板显示器产业（FPD ）精密测试设备、激光器件耦合对心、硬盘制造、连接器制造、激光成像、印刷制板设备、生命科学、医疗设备、微型注射系统、振动系统、阀门系统、机器视觉检测设备、各种取放装置、电子元件表面贴装SMT、PCB 检测设备如AOI、飞针测试仪、纺织机械设备、晶圆切割机、工业玻璃切割、磁悬浮列车，液态金属的输送和搅拌，电子缝纫机和磁头定位装置，直线电机冲压机、工厂行车、电磁锤、冲压机、摩擦压力机、磁分选机、玻璃搅拌、拉伸机、送料机、粒子加速器、邮政分拣机、矿山运输系统、计算机磁盘定位系统、自动绘图仪、直线电机驱动遥控(电动)窗帘机、直线电机驱动门、炒茶机、包装、汽车业、航空航天国防等自动化工业领域、集成电路制造装备，光刻机，IC制造与先进封装，LE D焊线机，邦定机，高精度薄膜测量设备，硬盘制造工艺，晶片水切割，军工设备，LTCC低温陶瓷工艺，高速取放机，地震模拟系统，生物科技分子检验，激光雕刻设备，高频振动系统、电力车辆系统、包装、印刷、医疗以及机器人等各种行业。
风力发电、太阳能设备、新能源设备，高铁设备，电子设备，数控机床，木工机械，搬运、输送机械，精密测量仪器，产业自动化产业机械，电子半导体设备，机器人，机械手臂、注塑机械、包装机械等，雷射切割应用、电路板产业、微型机床工业领域、进料系统、微型打孔、精确型冲压、纺织机械设备、电梯设备国内现在用量最多的直线电机生产厂家长沙一派数控机床有限公司、深圳大族、青岛同日、台湾上银、郑州微纳科技、嘉兴华领、武汉华工激光长沙一派在直线电机领域已有十多年的研究历史，性价比最高，在国防军工、太阳能、PCB钻孔机、半导体行业、激光切割机、物流运输、机械手等行业得到了广泛的运用，且具有二次开发能力，这是由于它本身同时又是高档数控机床的生产厂家，所以在除电机外的机械设计和结构设计上有得天独厚的优势，这是其他直线电机厂家所没有的。
直线电机进给系统伺服参数与控制参数的设计
直线电机进给系统伺服参数与控制参数的设计高峰;斯迎军【摘要】简单介绍了直线电机的分类和优点,设计了一种直线电机伺服系统的结构,说明了驱动器的使用方法及其基本工作原理.研究了直线电机进给系统的控制响应特性,建立了系统的传递函数模型,分析了伺服参数对于响应特性的影响,采用PID控制器对电机位置输出进行控制以减小电机位置输出误差,运用Matlab/Simulink进行系统建模和仿真分析.【期刊名称】《山西电子技术》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】4页(P34-37)【关键词】直线电机;伺服系统;速度环;位置控制;参数整定【作者】高峰;斯迎军【作者单位】中国电子科技集团公司第二研究所,山西太原030024;中国电子科技集团公司第二研究所,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TM359.41 直线电机系统分类及其伺服系统的优点早在1845年，Wheatstone提出了直线电机的概念。
20世纪50年代中期，控制、材料技术的飞速发展为直线电机的应用提供了技术基础。
直至20世纪90年代，随着设备向高速化、精密化方向的发展，直线电机被用于设备伺服系统中，并且发展迅速[1]。
直线电机分为直线直流电动机、直线感应电动机、直线同步电动机、直线步进电动机、直线压电电动机、直线磁阻电动机。
目前使用比较广泛的是直线感应电动机和直线同步电动机。
直线同步电动机虽然比直线感应电动机工艺复杂、成本较高，但是效率较高、次级不用冷却、控制方便，更容易达到要求的性能。
因此随着钕铁硼永磁材料的出现和发展，永磁同步电机已成为主流。
在数控设备等需要高精度定位的场合，基本上采用的都是永磁交流直线同步电动机。
直线电机伺服系统的优点主要是结构简单、定位精度高、反应速度快、灵敏度高、随动性好。
2 直线电机伺服系统模型直线电机进给驱动系统结构如图1所示，主要由导轨、滑块、定子、动子、霍尔元件和光栅组成。
相对于传动的滚珠丝杠进给系统，它取消了中间的传动装置从而大大提高了电机的响应特性。
直线电机的结构及工作原理
直线电机的结构及工作原理IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】直线电机的结构及工作原理直线电机的结构直线电机的工作原理直线电机的特点直线电机的应用是一种将电能直接转换成直线运作机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。
它可看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。
对应旋转电机定子的部分叫初级，对应转子的部分叫次级。
在初级绕组中通多相交流电，便产生一个平移交变磁场称为行波磁场。
在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而以便于运作部件的直线运作。
直线电机与旋转电机相比，主要有如下几个特点：一是结构简单，由于直线不需要把旋转运作变成直线运作的附加装置，因而使得系统本身的结构大为简化，重量和体积大大地下降；二是定位准确度高，在需要直线运作的地方，直线电机可以便于直接传动，因而可消除中间环节所带来的各种定位误差，故定位准确度高，如采用微机控制，则还可大大地提高整个系统的定位准确度；三是反应速度快、灵敏度高，随动性好。
直线电机容易做到其动子用磁悬浮支撑，因而使得动子和定子之间始终保持一定的空气隙而不接触，这就消除了定、动子间的接触摩擦阻力，因而大大地提高了系统的灵敏度、快速性和随动性；四是工作安全可靠、寿命长。
直线电机可以便于无接触传递力，机械摩擦损耗几乎为零，所以故障少，免维修，因而工作安全可靠、寿命长。
五是高速度。
直线电机通过直接驱动负载的方式，可以便于从高速到低速等不同范围的高准确度位置定位控制。
直线电机的动子（初级）和定子（次级）之间无直接接触，定子及动子均为刚性部件，从而保证直线电机运作的静音性以及整体机构核心运作部件的高刚性。
直线电机的行程可通过拼接定子来以便于行程的无限制，同时也可通过在同一个定子上配置多个动子来以便于同一个轴向的多个独立运作控制。
直线电机驱动的机构可通过增强机构以及反馈元件的刚性以及准确度，辅之以恒温控制等措施来以便于超精密运作控制。
直线电机小论文.doc
直线电机的发展及其应用场合一直线电机的发展历史1840年Wheatstone开始提出和制作了略具雏形的直线电机。
从那时至今，在160多年的历史中，直线电机经历了三个时期。
(一) 探索实验时期（1840～1955）从1840年到1955年的116年期间，直线电机从设想到实验到部分实验性应用，经历了一个不断探索，屡遭失败的过程。
自从Wheatstone提出和试制了直线电机以后，最早明确地提到直线电机文章的是1890年美国匹兹堡市的市长，在他所写的一篇文章中，首先明确地提到了直线电机以及它的专利。
然而，由于当时的制造技术、工程材料以及控制技术的水平，在经过断断续续20多年的顽强努力后，最终却未能获得成功。
至1905年，曾有两人分别建议将直线电动机作为火车的推进机构，一种建议是将初级放在轨道上，另一种建议是将初级放在车辆底部。
这些建议无疑是给当时直线电机研究领域的科研人员的一剂兴奋剂，以致许多国家的科研人员都投入了这些研究工作。
1917年出现了第一台圆筒形直线电动机，事实上那是一种具有换接初级线圈的直流磁阻电动机，人们试图把它作为导弹发射装置，但其发展并没有超出模型阶段。
从1930~1940年期间，直线电机进入了实验研究阶段，在这个阶段中，科研人员获驭了大量的实验数据，从而对已有理论有了更深一层的认识，奠定了直线电机在今后的应用基础。
从1940～1955年期间世界一些发达国家科研人员，在实验的基础上，又进行了一些实验应用工作。
1945年，美国西屋电气公司首先研制成功的电力牵引飞机弹射器，它以7400kW的直线电动机为动力，成功地用4.1s的时间将一架重4535kg，的喷气式飞机在165m的行程内由静止加速的188km/h的速度，它的试验成功，使直线电动机可靠性好等优点受到了应有的重视，随后，美国利用直线电机制成的、用作抽汲钾、钠等液态金属的电磁泵，为的是核动力中的需要。
1954年，英国皇家飞机制造公司利用双边扁平型直流直线电机制成了发射导弹的装置，其速度可达1600km/h。
直线电机伺服控制系统研究
直线电机伺服控制系统研究张乾;谭立杰;宋婉贞;陈国兴【摘要】通过直线电机的伺服控制分析,研究了伺服控制策略;以激光划切工作台为应用平台,针对x向电机位置环进行深入分析来解决实际问题,并根据激光划切机性能指标要求设计xy精密工作台运动控制系统,实现工作台的精密控制.【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2018(047)002【总页数】4页(P67-70)【关键词】直线电机;伺服控制;激光划切【作者】张乾;谭立杰;宋婉贞;陈国兴【作者单位】中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京 100176;中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京 100176;中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京 100176;中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京 100176【正文语种】中文【中图分类】TM359.4伺服控制系统又称随动系统，用来控制被控对象的转角或者位移，被控对象能够自动、连续、精确地复现输入指令的变化规律。
伺服控制系统的性能好坏可以从控制精度、抗干扰能力、动态响应速度等方面来评估。
一个良好的伺服控制系统须具备宽范围的调节能力、较高的控制精度、较快的动态响应速度和较强的抗干扰能力。
伺服控制系统通常是包括电流环、速度环和位置环的三环结构，其中闭环控制就是在开环控制的交直流电机的基础上将速度信号和位置信号通过位置检测装置给驱动器做闭环负反馈的PID调节控制。
精密运动平台中使用的伺服控制器，它的功能水平主要体现在硬件方案、核心控制算法以及应用软件，硬件平台水平国内和国际相差不大，而软件的控制算法，控制策略以及控制算法的有效性、快速性以及易用性是国内外软件平台的重大区别。
特别是随着计算机的出现，全数字伺服控制系统的核心算法研究是我国自动化控制发展的难题，成为了需要迫切解决的问题。
目前我国伺服运动控制平台主要的控制器和驱动器都来自国外，比较知名的厂家主要有日本的三菱电机、松下、富士、安川，美国的PMAC、Parker、GALIL，以色列的 ACS运动控制器，德国西门子、倍福。
直线电机发展概述及应用
直线电机发展概述及应用直线电机具有环境污染少、消耗能源少及噪声污染少等优点，普遍应用在多种领域。
本文分析了直线电机的理论研究，简单地叙述了直线电机在一些领域的应用，如交通、办公设备及军事装备等。
结合直线电机应用研究新发展动向得出，通过计算机使直线电机具有高度的控制精度，在新原理的基础上研发新型直线电机的新技术，直线电机未来的应用和发展的前景是广阔的。
标签：直线电机；发展；应用直线电机经历了相当长一段时间的发展。
从十九世纪末期至二十世纪初期，有人开始对直线电机进行研究，但最终以失败告终。
直到二十世纪五十年代中期这种情况才有所改变，因为这期间材料技术和控制技术得到了发展，新控制元器件大量涌现，极大促进了直线电机的理论与应用。
特别是这些年来，精密、高速机床进给系统的需要，有效体现了直线电机的显著性能，直线电机的研究成为了研究领域的热点。
明确直线电机发展现状及未来发展趋势，有助于研究新型直线电机。
1 直线电机的理论研究因为直线电机具有特殊的结构，旋转电机的理论并不直接适用直线电机，这样对直线电机的分析就更加困难。
所以，开展多次研究，提出了直接解法及有限元法等分析方法。
为了解决边界效应问题，提出了直接解法，基于三维Maxwell 方程，再做简化，经过推导得出一维方程的解闭。
应用有限元法直接根据直线电机内的磁场分布，得出电气参数，改变了以往使用的场简化为路的方法，促使了计算方法的进步。
2 直线电机的应用研究直线电机因为自身具有独特的优越性，在机械加工、精密控制及交通运输等领域得到了广泛应用[1]。
直线电机是一种电子机械装置，借助电能，做直线运动，能够驱动机械负载，进行直线运动；直线电机具有简单的结构、较低的能源消耗及较高的工作效率。
在直线电机研究中，直线电机应用研究是重要内容之一。
因为直线电机可作往复或者连续单向的直线机械运动，不再需要中间机械传动变换装置，普遍应用于国民经济的相关部门。
直线电机多运用于机床、工业机器人和多种直线运动的机械装置中。
直线电机热误差动态建模与仿真分析
直线电机热误差动态建模与仿真分析樊振华;林献坤【摘要】为提高单轴直线电机的运动精度,对该类直线电机热变形建模与仿真进行了研究.分析了影响单轴直线电机热变形的因素,在直线电机托板上建立了一维动态热传导数学模型,并借助ANSYS对该类直线电机机构的热传递进行了仿真分析,并建立了一维热变形数学模型,依据仿真数据计算出热变形随时间变化数据.不仅提供了单轴直线电机热变形的建模方法,且表明了直线电机热传递的特征,有利于直线电机热变形补偿的进一步研究.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2016(029)008【总页数】4页(P64-67)【关键词】直线电机;热变形;数学模型;ANSYS仿真分析【作者】樊振华;林献坤【作者单位】上海理工大学机械工程学院,上海200093;上海理工大学机械工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TM359.4直线电机驱动的进给轴是一种具有加速度大、进给速度快和定位精度高等优点的进给装置[1]。
高速切削加工技术是先进制造技术的重要组成部分，直线电机驱动的进给轴是实现高速加工的重要条件[2]。
对于此类高精度进给机构，电机发热产生的热变形误差一直是精密加工行业面临的主要难题之一[3]。
热因素在一定程度上制约了直线电机在精密机床中的应用[4]。
近年来国内外学者开展了大量的研究并取得了众多成果。
林献坤等[5]采用潜变量建模技术(Partial Least Squares, PLS)对直线电机的热变形误差在线补偿方法进行了研究。
Eun In-Ung[6]通过添加隔温层的方法研究了直线电动机发热对进给轴机构热行为的作用效果。
但这些都是传统的研究方法。
在对机构热变形建模研究过程中，传统的研究方法主要依靠在机构关键点安装多个温度传感器，从而建立多个温度对应热变形的数学模型[7]。
Hong Yang, JunNI[8]提出了机床主轴的热滞后效应，并建立了主轴热传递的动态数学模型，最后应用有限元仿真分析验证模型的正确性。
基于改进rbf-pid的舵机力加载控制系统研究
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图3 系统结构框图
在传统PID控制器内加入RBF神经网络，利用RBF 神经网络的自学习的特点来整定参数。其系统结构框图 如图3所示。
控制误差为：
(6)
PID的参数输入：
xc(1) = e(t) − e(t −1)
(7)
xc(2) = e(t)
(8)
2 改进RBF-PID算法的优化原理
2.1 RBF神经网络算法 在控制的实际过程中，一般采用PID控制器来校正
系统误差。PID控制器是一种线性控制器，通过对偏差 的比例、积分和微分进行线性组合构成控制量从而控制 被控对象[3]。径向基函数（radial basis function）神经网 络是一种性能优良的前馈型神经网络，可映射任意复杂 的非线性关系[4～6]。
1～15HZ条件下，改进RBF-PID控制算法能够在350ms内高精度逼近目标，消除过剩多余力，
跟随性能和抗干扰能力好。最终经过实物验证，此方法可高精度的完成各种类型及任意规格
直线舵机的模拟力加载实验。
关键词：虚拟轴；codesys；RBF-PID控制；力加载
中图分类号：TP273
文献标识码：A
文章编号：1009-0134(2020)01-0015-05
∂y ∂∆u
∂∆u ∂K I
=
ηi
(t
)
∂y ∂∆u
xc(2)
（湖北工业大学 机械工程学院，武汉 430068）
摘 要：由于虚拟轴直线电机与直线电机力加载器具有等价效果，将虚拟轴随动控制策略引入舵机力加
载PID控制系统中。由于舵机力加载运动中产生的多余力是传统PID无法消除的，因此提出改
面向数控机床可靠性试验的多维力随动加载装置
第３１卷第１３期中国机械工程V o l ．３１㊀N o ．１３２０２０年７月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．１６０６Ｇ１６１２面向数控机床可靠性试验的多维力随动加载装置刘红艺１㊀樊㊀锐１㊀郭江真１㊀张㊀维２㊀赵钦志２㊀陈五一１１．北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京,１００１９１２．国家机床质量监督检验中心,北京,１００１０２摘要:面向五轴联动数控机床的可靠性试验提出多维力随动加载方法,对五轴联动进给主轴施加多维力载荷,形成复杂进给抗力,部分模拟主轴复杂切削力环境.基于６ＧP U S 并联机构研制多维力随动加载装置,采用模糊P I D 控制器建立显式力控制系统,比例和积分增益可随加载误差自适应调节.在五轴联动数控机床上开展多维力随动加载实验,结果表明,加载装置能够跟随机床主轴的单轴㊁三轴联动和五轴联动进给运动,根据期望值对主轴施加三维力,加载误差小于３．２％,在机床执行多种加工轨迹时形成有效进给抗力,为后续引入动态加载模拟复杂切削力提供理论和装备支撑.研究成果可为数控机床可靠性试验提供低成本㊁可循环的加载方式,有利于测试的规模化和标准化发展,也可为精度保持性㊁超载试验㊁跑合试验等机床性能测试提供新的负载模拟思路.关键词:数控机床;可靠性;多维力加载;随动加载;并联机构中图分类号:T H １２２;T P ２４２D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４ １３２X．２０２０．１３．０１３开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):M u l t i Ｇa x i sL o a d i n g D e v i c e f o rR e l i a b i l i t y Te s t s o fC N C M a c h i n eT o o l s L I U H o n g y i １㊀F A N R u i １㊀G U OJ i a n g z h e n １㊀Z H A N G W e i ２㊀Z H A O Q i n z h i ２㊀C H E N W u yi １１．S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g a n dA u t o m a t i o n ,B e i h a n g U n i v e r s i t y ,B e i j i n g,１００１９１２．C h i n aN a t i o n a lM a c h i n eT o o lQ u a l i t y S u p e r v i s i o nT e s t i n g C e n t e r ,B e i j i n g,１００１０２A b s t r a c t :A m u l t i Ｇa x i sl o a d i n g d e v i c e w i t hl o a d Ｇw h i l e Ｇt r a c kc a p a c i t y w a s p r o po s e dt o g e n e r a t e m u l t i Ｇa x i s f e e d i n g r e s i s t a n c e f o r t h e r e l i a b i l i t y t e s t o fC N C m a c h i n e t o o l s ．T h i s p r o v i d e d t h e r e s e a r c h f o u n d a t i o n t o s i m u l a t e c o m p l e x c u t t i n g f o r c e s i n r e a lm a c h i n i n gp r o c e s s e s ．T h e l o a d i n g de v i c ew a s d e Ｇv e l o p e db y a ６ＧP U S p a r a l l e lm e c h a n i s m．B a s e d o n af u z z y P I Dc o n t r o l l e r ,a n e x p l i c i t f o r c e c o n t r o l s ys Ｇt e m w a s e s t a b l i s h e d ,w h i c hc o u l da d a p t i v e l y a d j u s t t h e p r o p o r t i o n a l a n d i n t e g r a l g a i n s a c c o r d i n g t o l o a d i n ge r r o r s ．M u l t i Ｇa x i s l o a d i n g e x pe r i m e n t sw e r e c o n d u c t e do na r e a lf i v e Ｇa x i sC N C m a c h i n e t o o l ．R e s u l t s s h o w t h a t t h e l o a d i ng d e v i c em a y t r a c k th e u ni a x i a l ,t h r e e Ｇa x i s a n d f i v e Ｇa x i s f e e d i n g m o t i o n o f t h e s p i n d l e a n d s i m Ｇu l t a n e o u s l y a p p l y t h r e e Ｇa x i s f o r c e s t o t h e s p i n d l e ;t h em a x i m u ml o a d i n g er r o r i s l e s s t h a n ３．２％．T h i s i l l u s Ｇt r a t e s t h a t t h e d e v i c em a y e f f e c t i v e l yg e n e r a t em u l t i Ｇa x i s f e e d i n g r e s i s t a n c e t o t h e s p i n d l e t h a t i s p e r f o r m i n g v a r i o u s f e e d i n g t r a j e c t o r i e s ．R e s e a r c h f r u i t sm a y s u p p l y t h e t h e o r e t i c a l s u p p o r t a n de q u i p m e n t t o t h e f u t u r e w o r ko n s i m u l a t i n g c u t t i n g f o r c e s b y d y n a m i c l o a d i n g ．T h e l o a d i n g d e v i c e p r o v i d e s a n e w l o a d i n g me t h o df o r t h e r e l i a b i l i t y t e s t o fm a c h i n e t o o l s ,a n da s s i s t s l a rg e Ｇs c a l ed e v e l o pm e n t a n ds t a n d a r d i z a t i o no f t h e t e s t ．B e Ｇs i d e s t h e r e l i a b i l i t y t e s t ,t h e l o a d i n g d e v i c em a y al s ob e u t i l i z e d i no t h e r p e r f o r m a n c e e v a l u a t i o n s o fm a c h i n e t o o l s ,s u c h a s a c c u r a c y r e t a i n a b i l i t y,o v e r l o a d ,a n d r u n Ｇi n t e s t ．K e y wo r d s :C N Cm a c h i n e t o o l ;r e l i a b i l i t y ;m u l t i Ｇa x i s l o a d i n g ;l o a d Ｇw h i l e Ｇt r a c k ;p a r a l l e lm e c h a n i s m 收稿日期:２０１９０８２８基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１９０５０２１);国家科技重大专项(２０１２Z X ０４０１０Ｇ０２１)０㊀引言数控机床可靠性试验是反映机床稳定高效生产能力的重要方法,试验中需对主轴施加多维力载荷以模拟机床加工时的载荷环境.现有方法是通过长时间切削加工对主轴施加切削力,但是,该方法会消耗大量刀具和工件材料,测试成本高,不利于可靠性试验的可持续发展.由此,需要研制一种多维力加载装置,模拟机床主轴所处的切削力环境,为可靠性试验提供一种低成本㊁可循环的绿色加载方法,有利于可靠性试验的标准化和规模化开展.要模拟机床加工时主轴的切削力环境,加载装置需实现３个功能:第一,加载装置装于机床工作台上,连接主轴并跟随主轴的多轴联动进给运动;第二,在跟随过程中,加载装置需对主轴施加三维力,形成进给抗力,作为模拟切削力的基础;第三,根据实际载荷谱设定加载指令,实现变载荷周期性动态加载,真实模拟切削力环境.由于目前针对机床多维力加载装置的相关研究比较少见,所以本文首先从第一点和第二点出发,研究针对多轴联动进给主轴的多维力随动加载装置,作为切削力模拟的６０６１ Copyright©博看网 . All Rights Reserved.基础,后续将开展变载荷动态加载研究.目前,已有学者对运动目标的随动加载开展研究.N AM[１]采用电液伺服机构对飞行器控制面进行了地面载荷模拟.T R U O N G等[２]设计了模糊P I D力控制算法,可对一维直线运动目标施加同轴力.S H A N G等[３]和L I等[４]研制了电液伺服负载模拟器,可跟随电机输出轴的转动同时加载同轴的转矩,模拟飞行器伺服机构在飞行中所承受的气动载荷,并从摩擦力矩㊁多余力矩等方面提高加载性能.尚耀星等[５]发明了一种弯扭组合时变载荷加载装置.在机床测试领域,杨兆军等[６Ｇ７]研制了电主轴可靠性试验台,在主轴转动时对其施加径向力㊁轴向力和扭矩.国家机床质量监督检验中心采用气动作动器对执行一维进给运动的主轴实时跟随并施加同向力.然而,上述研究中加载目标多进行一维运动,未实现对三维空间运动目标的随动加载,而且不具备三维力加载能力,不利于五轴联动机床的切削力模拟.为解决加载维度不足的问题,有学者提出使用并联机构进行多维力加载的办法.并联机构结构紧凑㊁刚度高㊁动态性能好,具备在机床中进行加载的可行性.W A L K E R等[８]和S T O K E S等[９]基于六自由度并联机构对脊柱关节进行了多维力学性能测试.N I E R E N B E R G E R等[１０]和C A R P I U CＧP R I S A C A R I等[１１]在S t e w a r tＧG o u g h并联平台上分别进行了N o o r uＧM o h a m e d缺口混凝土试验及混合型裂纹扩展试验,进行拉力㊁剪力和弯矩组合加载.G U O等[１２]基于６ＧU P S并联机构研制多维力加载材料试验机,对材料试件施加六维力载荷,用于测试复杂载荷下的材料力学性能.然而,上述研究仅对静态目标进行多维力加载,尚未开展运动目标的多维力加载研究,并且未应用于机床测试领域.笔者所在课题组基于并联机构提出多维力随动加载装置,该装置在跟随机床主轴三轴联动进给运动的同时对其施加三维力[１３Ｇ１４].但是,该研究是在机床实验平台上开展的,鉴于真实机床与实验平台的结构差异较大,仍需进一步在真实机床上开展多维力加载实验验证,同时已有研究内容仅针对三轴联动机床,尚未涉及五轴联动机床的加载研究.本文以提高跟随进给运动和加载力的维度为出发点,研制多维力随动加载装置,该装置可跟随机床主轴的五轴联动进给轨迹并对主轴施加三维恒力,形成复杂进给抗力,作为模拟五轴机床切削力环境的基础.本文可解决机床可靠性试验中依靠长期加工进行加载的局限,提供一种低成本㊁可循环的多维力加载方法.同时,在真实的五轴联动机床上验证了多维力随动加载的可行性,为机床可靠性试验提供一种有效的切削力模拟装置和方法.１㊀多维力随动加载装置理论分析１．１㊀几何参数与坐标系定义多维力随动加载装置基于６ＧP U S并联机构研制,由静平台㊁动平台和６条驱动支链组成,结构和几何参数如图１所示.运动支链包括直线驱动㊁虎克铰㊁定长连杆和复合球铰,两端分别通过直线驱动和复合球铰连接静平台和动平台.图１㊀几何参数与坐标系示意图F i g．１㊀G e o m e t r i c p a r a m e t e r s a n d c o o r d i n a t e d e f i n i t i o n图１中,使用i(i＝１,２, ,６)标记６条支链, A i与B i分别表示复合球铰和虎克铰的转动中心, C i表示驱动滑块在初始位置时虎克铰的转动中心.６个直线驱动分为３组安装于３个沿圆周均布的斜面上,斜面倾角记为βf,各组使用j(j＝１,２,３)标记,C２j－１,２j为每组C２j－１和C２j的中点,分布在半径为r f的圆上,圆心为O,相邻的两组中线O C２j－１,２j夹角记为αf.B２j－１C２j－１与B２j C２j平行,间距为d f.动平台上A i同样分为３组均布于半径为r m的圆上,圆心为O p,各组同样用j表示,αm表示øA２j－１O p A２j.定长连杆B i A i的方向向量为s i,长度为l.各几何参数㊁含义及其数值详见表１.表１㊀加载装置几何参数T a b．１㊀G e o m e t r i c p a r a m e t e r s o f t h e l o a d i n g d e v i c e参数含义数值r m(mm)A i所在圆的半径值１００αm(ʎ)øA２j－１O p A２j８０r f(mm)C２j－１,２j所在圆的半径值３１９αf(ʎ)øC２j－１O p C２j１２０βf(ʎ)斜面倾斜角度３０d f(mm)B２j－１C２j－１与B２j C２j之间距离１４６l(mm)定长连杆B i A i长度３４０㊀㊀在静平台中心O点建立静坐标系O x y z,其x轴指向C１,６,z轴垂直于静平台平面指向动平台方向,y轴根据右手定则获得.在动平台中心O p 建立动坐标系O p x p y p z p,x p轴正方向指向线段７０６１面向数控机床可靠性试验的多维力随动加载装置 刘红艺㊀樊㊀锐㊀郭江真等Copyright©博看网 . All Rights Reserved.A１A６中点A１,６,z p轴垂直于动平台平面,y p轴由右手定则得出.１．２㊀运动学逆解运动学逆解是指通过给定动平台位姿,计算各支链中直线驱动的位移量的过程.支链i可形成运动闭环O C i B i A i O p O,利用封闭矢量法描述该闭环为T(x,y,z)＋R(γ,β,α)p a i＝c i＋d i r i＋l i s i(１)式中,T(x,y,z)＝O O p,为坐标系的位置向量;R(γ,β,α)为动坐标系的姿态矩阵;p a i为向量O p A i在动坐标系中的表示;c i＝O C i;d i r i＝C i B i,如图１所示,d i和r i分别为移动副C i B i的位移量和方向向量;l i s i＝B i A i＝l i, l i和s i分别为定长连杆向量B i A i的长度和方向向量.令h i＝T(x,y,z)＋R(γ,β,α)p a i－c i,可求解各支链驱动量为d i＝h T i r i－(h T i r i)２－(h２i－l２i)(２)１．３㊀运动学正解运动学正解是指已知直线驱动的位移向量d＝(d１,d２, ,d６)T,求解动平台位姿向量x p＝(T T,ΘT)T的过程,其中Θ＝(θx,θy,θz)T,为动平台的姿态向量.动平台姿态向量Θ与旋转矩阵R可相互转化,采用四元数A(A＝(a０,a１,a２, a３)T)表示动平台姿态可有效减小旋转矩阵的计算复杂程度,使计算更快速稳定.构造如下关于位姿向量Q＝(T T,A T)T的方程组:f i(Q)＝(T＋R p a i－c i－d i r i)２－l２i＝０(３)f７(Q)＝a２０＋a２１＋a２２＋a２３－１＝０(４)其中,式(３)可由式(１)推出,式(４)是单位四元数的约束方程.采用牛顿迭代法[１５]即可获得Q的数值解,求解过程如图２所示.图２㊀牛顿迭代法求解流程图F i g．２㊀T h e f l o w c h a r t o fN e w t o nＧR a p h s o nm e t h o d ２㊀控制系统设计模拟数控机床在加工时的切削力环境需依照期望载荷指令驱动加载装置对运动主轴持续施加多维力,所以,需要设计多维力加载控制系统,根据加载装置的力反馈信息,实时调节驱动量,以实现快速㊁稳定的多维力随动加载,控制系统框图见图３.图３㊀多维力控制系统框图F i g．３㊀T h e o v e r a l lm u l t iＧa x i s f o r c e c o n t r o l s y s t e m㊀㊀在给定期望加载力向量F r后,通过基于虚功原理[１６]建立的动力学模型可以计算支链期望加载力向量f r.驱动位移向量d由集成在直线驱动的光栅尺测出,并由此计算速度和加速度向量.动平台位姿向量x p及其速度㊁加速度向量可通过运动学正解计算.各支链采取基于模糊P I D的力控制方法[１４],根据加载误差e i及其变化率,实时调节控制器的增益,计算控制分量U P I D,实现对加载误差快速㊁稳定地修正.另外,引入力前馈和速度前馈用于消除控制系统滞后.通过期望力和变化率形成力前馈控制分量U f f,通过速度形成速度前馈控制量U v f.最终,将３个控制量相加,即可构成用于控制支链i的控制总量:U(i)＝U(i)P I D＋U(i)f f＋U(i)v f(５)３㊀多维力随动加载实验基于６ＧP U S并联机构研制多维力随动加载装置样机,如图４所示.加载装置静平台上装有６个线性模组用作直线驱动,可将伺服电机的旋转运动转化为其滑块的直线运动,滑块位移通过集成的光栅尺反馈.滑块上依次安装了虎克铰㊁８０６１中国机械工程第３１卷第１３期２０２０年７月上半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.定长连杆㊁力传感器和复合球铰,最终与动平台相连.改变线性模组的滑块位移即可驱动动平台进行空间六自由度运动.加载装置可沿自身X ㊁Y 和Z 轴平移ʃ１００mm ,最大速度为１００mm /s ;可绕X ㊁Y 和Z 轴旋转ʃ３０ʎ,最大角速度为３０ʎ/s .同时,加载装置可输出时变周期性载荷,具备１０００N 的力加载和１０N m 的力矩加载能力,沿三轴目前可实现幅值２５０N ㊁频率０．２H z 的周期力加载.图４㊀多维力随动加载装置样机F i g ．４㊀P r o t o t y pe of t h em u l t i Ｇa x i s l o a d i ng d e v i c e 多维力随动加载实验主要考察使用并联机构同时实现跟随五轴联动进给和对主轴加载的可行性,验证控制系统的有效性,评估加载装置模拟机床在加工时所遇进给抗力的能力.在加载实验中,设定机床主轴的转速为０,仅驱动主轴执行由X ㊁Y ㊁Z 轴平移和A ㊁C 轴旋转组成的五轴联动进给运动,加载装置需在跟随主轴运动的同时对其施加三维力,模拟铣削过程中的三维切削力.多维力随动加载实验在M i k r o n W F Ｇ７４c h 五轴联动数控机床上开展,实验现场如图４所示.加载装置静平台安装在机床工作台上,动平台通过主轴连接器与机床主轴连接.主轴连接器包括连接法兰㊁弱刚性杆和刀柄锥度轴三部分,其中连接法兰和刀柄锥度轴分别用于连接动平台和机床主轴,弱刚性杆起缓冲过渡的作用,降低加载时的冲击.在加载时,先通过夹刀程序使主轴夹紧刀柄锥度轴,随后驱动动平台相对机床主轴产生位移,致使弱刚性杆发生弹性形变,从而对主轴形成加载力.此连接器仅能用于主轴转速为０的加载实验,若转速不为０则需重新设计连接器,此部分工作目前正在进行,相关研究将在后续论文中报道.在多维力随动加载实验中,机床主轴保持静止,仅执行五轴联动进给运动.根据机床主轴进给运动种类,随动加载可分为４类,分别是针对单轴移动进给的随动加载㊁针对三轴联动进给的随动加载㊁针对单轴回转进给的随动加载以及针对五轴联动进给的随动加载.加载装置在跟随主轴进给运动的同时,需要根据多维加载力向量F r ＝(F x ,F y ,F z ),对主轴施加三维力载荷,模拟铣削时主轴所受切削力环境,其中F x ㊁F y ㊁F z 分别是沿X ㊁Y ㊁Z 轴的期望力.已有研究实现了通过气缸对单轴移动进给主轴施加同轴一维恒力,由于本实验需跟随更复杂的五轴联动进给轨迹并施加三维力,所以期望力首先采用恒力形式,在加载装置输出力范围内选取正负各异的期望值,评价加载装置对进给主轴的随动加载能力,以此作为切削力模拟的基础.３．１㊀针对单轴移动进给主轴的随动加载实验设置机床主轴相对工作台分别沿X ㊁Y ㊁Z 轴做匀速直线运动,速度分别设定为１mm /s ㊁１mm /s 和０．５mm /s.定义期望加载力F r ＝(３００N ,－３００N ,５００N ),即沿X 轴施加３００N 恒力,沿Y 轴施加－３００N 恒力,沿Z 轴施加５００N 恒力.利用加载装置的力传感器实时反馈实际多维加载力,加载力曲线及各分力的加载误差曲线见图５.从实验结果可以看出,实际加载力分布于期望值附近,说明加载装置可以实时跟随机床主轴的单轴移动进给运动,同时对主轴施加三维力.稳定加载阶段在图５中用虚线框标出,加载误差的均值㊁标准差和最大值详见表２.３个实验中沿X ㊁Y ㊁Z 轴的加载误差均值分别小于０．３０N ㊁０．７４N 和３．７８N ,标准差分别小于１．５８N ㊁１．９５N 和７．１２N .最大加载误差均不超过期望加载力的２．２％,具有较好的加载精度.３．２㊀针对三轴联动进给主轴的随动加载实验设置机床主轴执行三轴联动进给运动,相对工作台沿空间直线做匀速直线运动,沿X ㊁Y ㊁Z轴速度均为１mm /s .定义期望加载力为F r ＝(３００N ,－３００N ,５００N ).实际加载力与加载误差如图６所示,加载误差均值㊁标准差和最大值如表３所示.由图６可知,当主轴进行三轴联动进给运动时,加载装置能够跟随主轴运动并按照期望值对主轴施加三维力.稳定加载时,沿X ㊁Y ㊁Z 轴的加载误差均值分别为－１．７１N ㊁１．６８N ㊁－７．６１N ,标准差分别为１．２９N ㊁２．３７N ㊁７．４２N ,最大相对误差均不超过期望值的３．２％,加载精度较好.９０６１ 面向数控机床可靠性试验的多维力随动加载装置刘红艺㊀樊㊀锐㊀郭江真等Copyright©博看网 . All Rights Reserved.(a)沿X轴进给(b)沿Y轴进给(c)沿Z 轴进给图５㊀单轴移动进给主轴的随动加载实验结果F i g ．５㊀T h e r e s u l t s o f l o a d Ｇw h i l e Ｇt r a c k e x p e r i m e n t s f o r t h e s p i n d l e p e r f o r m i n g u n i a x i a l t r a n s l a t i o n a l f e e d i n g３．３㊀针对单轴回转进给主轴的随动加载实验设置机床工作台分别绕A 轴与C 轴匀速转动,转动速度均为０．５ʎ/s ,期望加载力定义为表２㊀单轴移动进给主轴的随动加载误差T a b ．２㊀L o a d i n g e r r o r s f o r t h e s p i n d l e p e r f o r m i n g un i a x i a l t r a n s l a t i o n a l f e e d i ng加载误差沿X 轴移动沿Y 轴移动沿Z 轴移动F x F y F z F x F y F z F x F y F z均值(N )－０．２３－０．７４－３．５５０．３００．６７－３．３９０．０４０．０９－３．７８标准差(N )０．７２１．１５３．７６１．５８１．９５７．１２０．９５１．１１３．７５最大值(N )２．４４３．８８９．２３３．９２４．８８１０．６０４．５０２．６２８．８７最大相对误差０．８１％１．２９％１．８５％１．３１％１．６３％２．１２％１．５％０．８７％１．７７％图６㊀三轴联动进给主轴的随动加载实验结果F i g ．６㊀T h e r e s u l t o f l o a d Ｇw h i l e Ｇt r a c k e x p e r i m e n t f o r t h e s p i n d l e p e r f o r m i n g ３Ｇa x i s t r a n s l a t i o n a l f e e d i n g表３㊀三轴联动进给主轴的随动加载误差T a b ．３㊀L o a d i n g e r r o r s f o r t h e s p i n d l e p e r f o r m i n g３Ｇa x i s t r a n s l a t i o n a l f e e d i n g加载误差三轴联动F xF yF z均值(N )－１．７１１．６８－７．６１标准差(N )１．２９２．３７７．４２最大值(N )５．４８６．６５１５．６６最大相对误差１．８２％２．２２％３．１３％F r ＝(３００N ,－３００N ,５００N ),实际加载力和加载误差如图７所示,稳定加载阶段的加载误差均值㊁标准差和最大值见表４.从实验结果可以看出,加载装置可实时跟随工作台的单轴回转进给运动,并同时对主轴施加三维力.沿X ㊁Y ㊁Z 轴加载误差的均值分别不超过０．７５N ㊁２．０５N ㊁－４．７１N ,标准差分别不超过１．３２N ㊁２．４２N ㊁５．６７N ,最大误差为４．４３N ㊁６．４８N ㊁１０．８３N ,均未超过期望值的２．２％,加载精度较好.３．４㊀针对五轴联动进给主轴的随动加载实验设置机床主轴执行五轴联动进给运动,主轴相对工作台沿空间直线匀速运动,工作台执行二自由度匀速转动.主轴沿X ㊁Y ㊁Z 轴速度分别为－０．５３m m /s ㊁－０．５３m m /s ㊁０．１３m m /s ,工作台绕A 轴㊁C轴的转动速度分别为０．０８ʎ/s ,－０．１３ʎ/s .０１６１ 中国机械工程第３１卷第１３期２０２０年７月上半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.(a)绕A轴进给(b)绕C 轴进给图７㊀单轴转动进给主轴的随动加载实验结果F i g ．７㊀T h e r e s u l t s o f l o a d Ｇw h i l e Ｇt r a c k e x p e r i m e n t s f o r t h e s p i n d l e p e r f o r m i n g u n i a x i a l r o t a t i o n a l f e e d i n g表４㊀单轴回转进给主轴的随动加载误差T a b ．４㊀L o a d i n g e r r o r s f o r t h e s p i n d l e p e r f o r m i n g un i a x i a l r o t a t i o n a l f e e d i n g加载误差绕A 轴转动绕C 轴转动F xF yF z F x F y F z均值(N )０．７５２．０５－４．７１－０．１７－０．３９－１．５５标准差(N )１．３２２．４２５．６７０．５７０．７８１．４０最大值(N )４．４３６．４８１０．８３２．３５２．３８４．５５最大相对误差１．４８％２．１６％２．１７％０．７８％０．７９％０．９１％㊀㊀定义期望加载力F r ＝(－３００N ,３００N ,５００N ).实际加载力及加载误差如图８所示,表５汇总了稳定加载时的加载误差均值㊁标准差和最大值.从图８中可以看出,加载装置可以根据期望值对执行五轴联动进给运动的机床主轴施加三维力.稳定加载时,沿X ㊁Y ㊁Z 轴加载误差的均值分别为－１．７１N ㊁１．６８N 和－７．６１N ,标准差分别为１．２９N ㊁２．３７N 和７．４２N ,并且最大加载误差均不超过期望值的１．３％,具备较好的加载精度.图８㊀五轴联动进给主轴的随动加载实验结果F i g ．８㊀T h e r e s u l t o f l o a d Ｇw h i l e Ｇt r a c k e x pe r i m e n tf o r t h e s p i n d l e p e r f o r m i ng ５Ｇa x i s f e e d i n g 表５㊀五轴联动进给主轴的随动加载误差T a b ．５㊀L o a d i n g e r r o r s f o r th e s pi n d l e p e r f o r m i n g５Ｇa x i s f e e d i n g加载误差五轴联动F xF yF z均值(N )－１．７１１．６８－７．６１标准差(N )１．２９２．３７７．４２最大值(N )３．３５２．１０６．４６最大相对误差１．１２％０．７％１．２９％㊀㊀观察图５至图８可以发现,在主轴开始和结束进给运动时,实际加载力均存在较大的扰动.这是由于主轴启停的加速度较大,受控制系统的实时性约束,加载装置响应不及时,对实际加载力产生较大扰动,但控制系统可较快纠正偏差并将加载力收敛至期望值附近,证明控制系统具备较好的稳定性.沿Z 轴加载误差的均值㊁标准差和最大值均大于沿X ㊁Y 轴的加载误差,这是因为主轴连接器和加载装置沿Z 轴方向的刚度较大,相同位移会产生更大的接触力,对实际加载力的影响更显著.实验结果表明,本文提出的多维力随动加载装置可以实时跟随五轴联动数控机床主轴的单轴㊁三轴联动和五轴联动进给运动,并同时根据期望值对主轴施加三维力载荷,加载精度较好,最大加载误差均小于期望值的３．２％,可对机床提供多轴进给抗力,并为通过动态加载提升切削力模拟的准确性提供理论和装备支撑.４㊀结论与展望(１)基于模糊P I D 的显式力控制算法可驱动并联机构对多自由度运动目标施加多维力载荷.(２)多维力随动加载装置可对执行五轴联动进给运动的机床主轴施加三维力载荷,加载精度１１６１ 面向数控机床可靠性试验的多维力随动加载装置刘红艺㊀樊㊀锐㊀郭江真等Copyright©博看网 . All Rights Reserved.较好,误差小于期望值的３．２％,有效模拟机床在执行多种加工轨迹时的平均切削力. (３)在真实的五轴联动数控机床上开展多维力随动加载实验,验证随动加载的可行性,形成复杂切削力模拟的研究基础,为数控机床可靠性试验提供低成本㊁可循环的加载手段,避免长期切削加载造成的材料损耗,有利于机床可靠性测试的规模化和标准化发展.(４)目前在切削力模拟方面的研究报道仍少见,本文对五轴联动进给主轴的多维力随动加载开展初步研究,实验中的主轴进给速度相对较低且加载恒力,主要用于验证随动加载的可行性,形成切削力模拟的研究基础.未来研究将集中于动态特性更优的控制系统设计,适应对旋转主轴的周期性加载需求.同时,开展变载荷动态加载,更接近实际切削力工况.本文也为机床精度保持性测试㊁超载试验㊁跑合试验等性能测试提供新的负载模拟装置和方法.参考文献:[１]㊀N AM Y．Q F T F o r c eL o o p D e s i g nf o rt h e A e r o d yＧn a m i cL o a dS i m u l a t o r[J]．I E E E T r a n s a c t i o n so nA e r o s p a c e a n d E l e c t r o n i cS y s t e m s,２００１,３７(４):１３８４Ｇ１３９２．[２]㊀T R U O N GD Q,A HN K K．F o r c eC o n t r o l f o rH yＧd r a u l i c L o a d S i m u l a t o r U s i n g Se l fＧt u n i n g G r e yP r e d i c t o rＧf u z z y P I D[J]．M e c h a t r o n i c s,２００９,１９(２):２３３Ｇ２４６．[３]㊀S HA N G Y a o x i n g,J I A O Z o n g x i a,WA N G X i aＧo d o n g,e t a l．S t u d y o nF r i c t i o nT o r q u eL o a d i n g w i t ha n E l e c t r oＧh y d r a u l i c L o a d S i m u l a t o r[J]．C h i n e s eJ o u r n a l o fA e r o n a 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n a m o m e t e ra n dP i e z o e l e c t r i cL o a d i n g S y s t e m s[J]．S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y R e v i e w,２０１２,３０(１):３４Ｇ３８．[７]㊀邱荣华,刘宏昭．高速电主轴非接触电磁加载装置设计与实现[J]．中国机械工程,２０１４,２５(８):１０２７Ｇ１０３２．Q I U R o n g h u a,L I U H o n g z h a o．D e s i g na n dI m p l eＧm e n t a t i o no fH i g hS p e e d M o t o r i z e dS p i n d l e sN o nＧc o n t a c tE l e c t r o m a g n e t i cL o ad i n g S y s te m[J]．C h i n aM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,２０１４,２５(８):１０２７Ｇ１０３２．[８]㊀WA L K E R M R,D I C K E YJP．N e w M e t h o d o l o g yf o r M u l t iＧd i m e n s i o n a lS p i n a lJ o i n t T e s t i ng w i t haP a r a l l e l R o b o t[J]．M e d i c a l&B i o l o g i c a l E n g i n e e r i n g&C o m p u t i n g,２００７,４５(３):２９７Ｇ３０４．[９]㊀S T O K E S IA,M A C K G M,D A V I D C,e t a l．M e a sＧu r e m e n t o f aS p i n a lM o t i o nS e g m e n tS t i f f n e s s M a t r i x[J]．J o u r n a l o f B i o m e c h a n i c s２００２,３５(４):５１７Ｇ５２１．[１０]㊀N I E R E N B E R G E R M,P O N C E L E T M,P A T TＧO F A T T OS,e t a l．M u l t i a x i a lT e s t i n g o fM a t e r i a l sU s i n g a S t e w a r tP l a t f o r m:C a s eS t u d y o f t h eN o o r uＧm o h a m e d T e s t[J]．E x p e r i m e n t a l T e c h n i q u e s,２０１４,３８(２):７４Ｇ８３．[１１]㊀C A R P I U CＧP R I S A C A R IA,P O N C E L E T M,K AＧZ YMY R E N K O K,e ta l．A C o m p l e x M i x e dＧm o d eC r a c kP r o p a g a t i o n T e s tP e r f o r m e d w i t ha６Ｇa x i sT e s t i n g M a c h i n e a n dF u l lＧf i e l d M e a s u r e m e n t s[J]．E n g i n e e r i n gF r a c t u r eM e c h a n i c s,２０１７,１７６:１Ｇ２２．[１２]㊀G U OJ i a n g z h e n,WA N G D a n,F A N R u i,e ta l．D e v e l o p m e n to fa M a t e r i a lT e s t i n g M a c h i n e w i t hM u l t iＧd i m e n s i o n a lL o a d i n g C a p a b i l i t y[J]．J o u r n a lo f A d v a n c e d M e c h a n i c a l D e s i g n,S y s t e m s,a n dM a n u f a c t u r i n g,２０１６,１０(２):M１７．[１３]㊀G U OJ i a n g z h e n,WA N GD a n,L IT i a n,e t a l．T r iＧa x i a l L o a d i n g D e v i c e f o rR e l i ab i l i t y T e s t s o fT h r e eＧa x i s M a c h i n e T o o l s[J]．R ob o t ic sa nd C o m p u te rＧi n t e g r a t e d M a n u f a c t u r i n g,２０１８,４９:３９８Ｇ４０７．[１４]㊀G U OJ i a n g z h e n,WA N GD a n,C H E N W u y i,e t a l．M u l t i a x i sL o a d i n g D e v i c ef o rR e l i a b i l i t y T e s t so fM a c h i n eT o o l s[J]．I E E E/A S M E T r a n s a c t i o n so nM e c h a t r o n i c s,２０１８,２３(４):１９３０Ｇ１９４０．[１５]㊀Z HO U W a n y o n g,C H E N W u y i,L I U H u a d o n g,e t a l．A N e w F o r w a r dK i n e m a t i cA l g o r i t h mf o raG e n e r a l S t e w a r tP l a t f o r m[J]．M e c h a n i s ma n d M aＧc h i n eT h e o r y,２０１５,８７:１７７Ｇ１９０．[１６]㊀T S A IL W．S o l v i n g t h eI n v e r s e D y n a m i c s o fa S t e w a r tＧg o u g h M a n i p u l a t o r b y t h e P r i n c i p l e o fV i r t u a l W o r k[J]．J o u r n a lo f M e c h a n i c a lD e s i g n,２０００,１２２(１):３Ｇ９．(编辑㊀袁兴玲)作者简介:刘红艺,女,１９９４年生,硕士研究生.研究方向为并联机构.郭江真(通信作者),男,１９８６年生,博士后研究人员.研究方向为多维力加载理论及装备.发表论文１５篇.EＧm a i l: j z g u o＠b u a a．e d u．c n.２１６１中国机械工程第３１卷第１３期２０２０年７月上半月Copyright©博看网 . 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全机结构试验起落架随动加载技术研究
全机结构试验起落架随动加载技术研究杜星;冯建民;贺谦【摘要】以提高起落架试验加载精度为目的，提出了一种适用于全机状态下起落架试验的随动加载方法；并设计了随动加载装置，进行了试验验证及实际应用。
与传统加载方式相比，随动加载装置具有加载精度高、结构简单、安装方便的特点，有较高的工程应用价值。
%To improve the accuracy for the purpose of undercarriage loading , a self-adaptable loading method was presented for the undercarriage test based on full scale aircraft;the self-adaptable loading device was designed;and its performance was validated and utilized .The device is very important in engineering application with obvious advantages compared with the traditional one , including higher loading precision , conciser structure , and more con-venient installation .【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)002【总页数】5页(P288-292)【关键词】随动加载;试验技术;起落架;结构试验【作者】杜星;冯建民;贺谦【作者单位】中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室，西安710065;中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室，西安710065;中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室，西安 710065【正文语种】中文【中图分类】V216.1在全机结构试验中，起落架试验是一项难度系数较高的试验，主要表现为起落架同时受垂向载荷、航向载荷及侧向载荷[1,2]，随之而来的是较大的垂向、航向及侧向变形。
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２ ０ １ ３年 ２月
机床 与液压
Ｍ ＡＣＨＩ ＮＥ ＴＯ０Ｌ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩ ＣＳ
Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０１ ３ Ｖｏ １ ． ４１ Ｎｏ ． ３
第４ １ 卷 第 ３期
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ３ ８ ８ １ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ ０ １
试验 ”来考查其 可靠性 ，即机 床在出厂前进行数 以月计的连续切削试验 ，采用这种方 法时时间和材料 消耗大 ，试验成本高 。根据机 械制造业绿色制造 的发
基于直线电机的一维随动加载机构研究
王丹 ，郭 江真 ，樊锐 ，岳 小虎
（ 北京航 空航天大学机械工程及 自动化 学院，北京 １ ０ ０ １ ９ １ ）
摘要 ：提出一种基于直线 电机 的一维随动加载机构 ，用于机床加 载试验 。确定 加载机构 方案并进 行系统建模 ，进 行平 台搭建 和原理试验 。加载机构采用 力 、速度双环控制方案 ，通过消 除力 和速度 的跟随误差 ，达到位置跟 随和力随动加 载的 目的。使用原理试验平 台进行 加载试验 ，试验结果表 明 ：该控制方 法及 机构方案可行 。 关键词 ：直线 电机 ；一维 随动 加载机构 ；原理试验
中图分类号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ １ ＋． ４ 文献标识 码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ １— ３ ８ ８ １【 ２ ０ １ ３ ）３— ０ ０ １ — ３
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ａ Ｌｉ ｎ ｅ ａ ｒ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ Ｏｎｅ ・ ｄｉ ｍｅ ｎｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｆｏ ｌ ｌ ｏ ｗ・ ｕｐ Ｌｏ ａ ｄｉ ｎｇ Ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｓ ｍ
ＷＡＮＧ Ｄａ ｎ， Ｇ ＵＯ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｅ ｎ， Ｆ ＡＮ Ｒｕ ｉ ， ＹＵＥ Ｘｉ ａ ｏ ｈ ｕ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ＆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａ ｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｌ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ； Ｏｎ ｅ － ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ— ｕ ｐ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ；Ｐ ｉｎ ｒ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉｍｅ ｒ ｎ ｔ
可靠性是机床性 能的重要 指标 ，可靠性试验是验
证机床可 靠性 的主要 手 段 。由于 缺乏 配套 的加载 装
性 ，根据这一特点 ，与舵机负载模拟器常用的旋转力 矩电机不 同，机床单轴随动加载需要选用具有 良好直 线加速性能 的直线 电机作为力控制 电机 。力控制 电机
Hale Waihona Puke 置 ，当前机床制造厂在 产品出厂时对样机采用 “ 经时