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快刀伺服加工关键技术研究

作　者: 万飞
导　师: 杨舜洲
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 机械工程
关键词: 快刀伺服系统 面形生成 形貌仿真 自抗扰控制
分类号: TG51
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


微透镜阵列、全息透镜、衍射元件和梯度透镜等新型复杂形面及微结构光学元件的应用领域越来越广,对于这类面形复杂的光学元件,传统加工方法难以胜任。音圈电机驱动快速车削(快刀)加工系统具有高频响、高精度、高刚度、大行程的特点,特别适宜于此类元件的高效优质加工。本文针对快刀加工系统的需要,进行了面形生成、形貌仿真、伺服控制、系统构建等方面的研究,主要内容如下:1)面形生成:模拟车削加工过程中刀具的螺旋式进给运动,绘制常见微结构的三维面形,获得待加工零件表面的面形数据,计算出伺服刀架完成加工应满足的速度、加速度和频率响应要求,以此作为评估工件可加工性的判据,并用于加工参数的优化。2)形貌仿真:由于刀尖圆弧半径的影响,使得根据面形数据控制刀具运动形成的实际表面不同于理论曲面。形貌仿真的目的,就是由面形数据、加工参数和刀尖圆弧半径,求取工件表面加工范围内足够细密的网格点经刀具加工后的残留高度,并计算出工件的理论表面粗糙度。文中设计了基于MATLAB平台的复杂面形/结构零件的面形生成和形貌仿真的软件包。3)音圈电机控制:对经典PID控制方法的缺陷进行改进,探索自抗扰控制技术针对音圈电机控制的优势,并依据遗传算法对自抗扰控制器参数进行自动整定。4)系统搭建:以面形数据、形貌仿真、控制方法为基础,搭建快刀伺服加工系统,并对所构建的系统进行试验验证。

全文目录


摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章 绪论  12-21
  1.1 课题的来源及意义  12-15
    1.1.1 课题来源  12
    1.1.2 课题研究的背景和意义  12-15
  1.2 国内外研究现状和发展趋势  15-19
    1.2.1 国外研究现状  15-16
    1.2.2 国内研究现状  16-18
    1.2.3 发展趋势  18-19
  1.3 主要研究内容  19-21
第二章 微结构面形生成  21-33
  2.1 快刀伺服加工技术  21-22
  2.2 微结构面形生成  22-27
    2.2.1 微结构面形数据生成原理  22-26
    2.2.2 微结构面形计算实例  26-27
  2.3 微结构面形生成典型图  27-30
  2.4 微结构面形数据分析  30-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章 微结构形貌仿真  33-53
  3.1 形貌仿真基本原理  33-39
    3.1.1 平面形貌仿真原理  33-35
    3.1.2 形貌仿真参数选择  35-37
    3.1.3 平面形貌仿真效果图  37-39
  3.2 快刀加工微结构形貌仿真  39-48
    3.2.1 微透镜形貌仿真原理  39-42
    3.2.2 刀具几何参数选择  42-48
  3.3 考虑刀架动态特性的快刀虚拟加工  48-51
    3.3.1 系统动态效应对加工效果的影响  48-50
    3.3.2 微结构面形生成与虚拟加工系统软件  50-51
  3.4 本章小结  51-53
第四章 快刀伺服加工控制方法研究  53-74
  4.1 音圈电机建模和分析  53-54
  4.2 自抗扰控制  54-62
    4.2.1 经典PID控制器的缺陷  54-57
    4.2.2 跟踪微分器  57-59
    4.2.3 扩张状态观测器  59-60
    4.2.4 非线性状态误差反馈律  60-62
  4.3 仿真研究  62-68
    4.3.1 经典PID仿真  63-64
    4.3.2 两个跟踪微分器改进的PID仿真  64-66
    4.3.3 自抗扰控制器完全替代PID仿真  66-68
  4.4 自抗扰参数的整定  68-73
    4.4.1 遗传算法原理  68-72
    4.4.2 自抗扰控制器参数整定仿真  72-73
  4.5 本章小结  73-74
第五章 数控系统研究与加工实验  74-82
  5.1 数控系统的组成  74-75
  5.2 数控系统的搭建  75-76
  5.3 试验  76-81
  5.4 本章小结  81-82
第六章 总结与展望  82-84
  6.1 全文总结  82-83
  6.2 研究展望  83-84
致谢  84-85
参考文献  85-87
作者在学期间取得的学术成果  87-88
附录A 面形生成与形貌仿真主程序  88-91
附录B 遗传算法整定自抗扰参数  91-94

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 车削加工及车床（旋床）
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