基于直線電機直接驅(qū)動的非圓車削伺服進給系統(tǒng).pdf

1、非圓截面零件能夠產(chǎn)生特殊的運動規(guī)律,滿足某些特殊的使用要求,在航空、航天、汽車、機床等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的非圓截面零件車削方法均需要采用一套中間傳動機構(gòu)來驅(qū)動刀具作快速往復(fù)運動,難以實現(xiàn)較高的控制精度和運動頻率。直線電機在機床進給驅(qū)動上的應(yīng)用日益廣泛,它能提供非常高的速度、加速度和位置精度,大大提高了生產(chǎn)效率和工件表面質(zhì)量。因此,在非圓車削過程中,采用直線電機直接驅(qū)動的快速進給伺服系統(tǒng)是一種較好的進給驅(qū)動選擇方式。
　　本論

2、文提出了一種新型直線驅(qū)動快速刀具進給機構(gòu)以及非圓車削系統(tǒng)的總體設(shè)計。重點研究了非圓截面零件的軟靠模生成,快速刀具進給機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)學(xué)模型和控制策略,快速刀具伺服系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)以及有關(guān)的參數(shù)、性能測試與非圓車削實驗,解決直線電機直接驅(qū)動的快速進給機構(gòu)及其應(yīng)用于非圓車削過程中所遇到的相關(guān)技術(shù)問題。
　　首先分析了非圓車削對刀具進給機構(gòu)及控制系統(tǒng)實時性的要求,提出了非圓車削系統(tǒng)的總體設(shè)計方案和具有上下位機多處理器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。使

3、用多軸運動控制器實現(xiàn)普通數(shù)控模塊的實時控制,使用DSP控制器作為加工橢圓截面的專用模塊,工控機負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)處理及人機交互等實時性要求較低的工作。采用多層次、模塊化的思想,在Win2000平臺下開發(fā)了非圓數(shù)控車削的軟件系統(tǒng)。
　　以中凸變橢圓活塞為例,對非圓零件的型面特征進行了分析,采用先分解再合成的方法解決非圓車削時刀具軌跡的生成問題。將非圓型面劃分為“橢圓截面”、“縱向型線”和“變橢圓度”三個基本特征,對每一種特征給出了相

4、應(yīng)的數(shù)學(xué)描述及數(shù)據(jù)處理方法,將各個特征進行合成得到非圓零件的軟靠模,最終生成控制刀具運動軌跡的實時加工數(shù)據(jù)文件。
　　采用永磁動圈式直線直流電機驅(qū)動方式,設(shè)計了非圓車削快速刀具進給機構(gòu)。根據(jù)其工作原理和結(jié)構(gòu)特點,結(jié)合理論分析及實際應(yīng)用,建立了快速刀具進給機構(gòu)的數(shù)學(xué)模型,得到了伺服刀架的動態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)關(guān)系式。對直線刀架的動態(tài)特性和性能參數(shù)進行了分析,并通過仿真與實驗研究驗證了數(shù)學(xué)模型的正確性。
　　在對快速刀具伺服系

5、統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進行研究的基礎(chǔ)上,針對進給伺服系統(tǒng)要求較高的位置跟蹤性能的特點,提出了基于對象模型的前饋位置跟蹤控制策略,并設(shè)計了相應(yīng)的模糊參數(shù)自適應(yīng)PID控制器和前饋控制器。研制出基于PCI總線和DSP控制器的快速刀具進給伺服控制系統(tǒng)。硬件上利用雙口RAM進行數(shù)據(jù)交換,提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的可靠性和實時性,以TMS320F2812芯片為核心的數(shù)字控制器用于實現(xiàn)位置跟蹤控制算法,達(dá)到較高的跟蹤精度。軟件上研究了PCI控制卡驅(qū)動程序的開發(fā)以及位置跟