基于直線電機直接驅動的非圓車削伺服進給系統(tǒng).pdf

1、非圓截面零件能夠產生特殊的運動規(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來驅動刀具作快速往復運動,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動上的應用日益廣泛,它能提供非常高的速度、加速度和位置精度,大大提高了生產效率和工件表面質量。因此,在非圓車削過程中,采用直線電機直接驅動的快速進給伺服系統(tǒng)是一種較好的進給驅動選擇方式。
　　本論

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

3、用多軸運動控制器實現(xiàn)普通數控模塊的實時控制,使用DSP控制器作為加工橢圓截面的專用模塊,工控機負責系統(tǒng)管理、數據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、應的數學描述及數據處理方法,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據文件。
　　采用永磁動圈式直線直流電機驅動方式,設計了非圓車削快速刀具進給機構。根據其工作原理和結構特點,結合理論分析及實際應用,建立了快速刀具進給機構的數學模型,得到了伺服刀架的動態(tài)系統(tǒng)結構圖和傳遞函數關系式。對直線刀架的動態(tài)特性和性能參數進行了分析,并通過仿真與實驗研究驗證了數學模型的正確性。
　　在對快速刀具伺服系

5、統(tǒng)數學模型進行研究的基礎上,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,并設計了相應的模糊參數自適應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進行數據交換,提高系統(tǒng)數據通信的可靠性和實時性,以TMS320F2812芯片為核心的數字控制器用于實現(xiàn)位置跟蹤控制算法,達到較高的跟蹤精度。軟件上研究了PCI控制卡驅動程序的開發(fā)以及位置跟