基于直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的非圓車削伺服進(jìn)給系統(tǒng).pdf

1、非圓截面零件能夠產(chǎn)生特殊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,滿足某些特殊的使用要求,在航空、航天、汽車、機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)刀具作快速往復(fù)運(yùn)動(dòng),難以實(shí)現(xiàn)較高的控制精度和運(yùn)動(dòng)頻率。直線電機(jī)在機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)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(guò)程中,采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的快速進(jìn)給伺服系統(tǒng)是一種較好的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)選擇方式。
　　本論

2、文提出了一種新型直線驅(qū)動(dòng)快速刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及非圓車削系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。重點(diǎn)研究了非圓截面零件的軟靠模生成,快速刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)模型和控制策略,快速刀具伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及有關(guān)的參數(shù)、性能測(cè)試與非圓車削實(shí)驗(yàn),解決直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的快速進(jìn)給機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用于非圓車削過(guò)程中所遇到的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題。
　　首先分析了非圓車削對(duì)刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求,提出了非圓車削系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案和具有上下位機(jī)多處理器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。使

3、用多軸運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)普通數(shù)控模塊的實(shí)時(shí)控制,使用DSP控制器作為加工橢圓截面的專用模塊,工控機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)處理及人機(jī)交互等實(shí)時(shí)性要求較低的工作。采用多層次、模塊化的思想,在Win2000平臺(tái)下開(kāi)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(duì)非圓零件的型面特征進(jìn)行了分析,采用先分解再合成的方法解決非圓車削時(shí)刀具軌跡的生成問(wèn)題。將非圓型面劃分為“橢圓截面”、“縱向型線”和“變橢圓度”三個(gè)基本特征,對(duì)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(gè)特征進(jìn)行合成得到非圓零件的軟靠模,最終生成控制刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)文件。
　　采用永磁動(dòng)圈式直線直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式,設(shè)計(jì)了非圓車削快速刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)。根據(jù)其工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)合理論分析及實(shí)際應(yīng)用,建立了快速刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型,得到了伺服刀架的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)關(guān)系式。對(duì)直線刀架的動(dòng)態(tài)特性和性能參數(shù)進(jìn)行了分析,并通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性。
　　在對(duì)快速刀具伺服系

5、統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,針對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)要求較高的位置跟蹤性能的特點(diǎn),提出了基于對(duì)象模型的前饋位置跟蹤控制策略,并設(shè)計(jì)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(jìn)給伺服控制系統(tǒng)。硬件上利用雙口RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的可靠性和實(shí)時(shí)性,以TMS320F2812芯片為核心的數(shù)字控制器用于實(shí)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(dòng)程序的開(kāi)發(fā)以及位置跟