微细加工机床关键部件结构优化及动态性能控制方法研究

发布时间：2024-01-15 20:11

　　微细机械加工技术是制造高性能零件的关键技术之一。高性能零件的加工精度和表面质量制约了高端装备的性能与水平。目前在微细机械加工领域,我国与世界先进国家有很大差距,加快微细加工机床及其关键技术研究,对提高我国高端装备制造的国际竞争力具有重要意义。本文以微细加工机床动态性能优化为目标,在机床整机动态性能分析基础上进行了微细加工机床关键功能部件的优化设计和动态性能主动控制研究,论文的主要内容如下:1.根据课题需求研制适用于惯性导航关键件整体式双平衡环挠性接头细颈加工的立式微细加工机床。创新设计了一种新型的沙发式床身结构(Sofa Style Machine Bed Structure,SMBS),不但使机床整机重心降低40mm以上,而且减少机床刀尖处静态总变形量,同时满足了竖直液体静压滑台的安装需求。2.提出了基于整机动态特性分析的部件辨识方法(Component Identification based on Dynamic Characteristics Analysis,CIDCA)和基于灵敏度分析的部件优化方法(Optimization of Component based on Se...

【文章页数】：140 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号说明
第一章 绪论
    1.1 课题背景和研究意义
    1.2 国内外相关研究的发展现状
        1.2.1 微细加工机床的研究与发展
        1.2.2 机床结构设计方法的研究
        1.2.3 机床动静态特性分析的研究
        1.2.4 机床关键部件优化设计方法的研究
        1.2.5 机床振动控制方法的研究
        1.2.6 相关研究存在的问题及分析
    1.3 课题研究目标和主要研究内容
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容
    1.4 课题研究方法和技术路线
第二章 微细加工系统的总体设计研究
    2.1 机微细加工机床总体设计要求
        2.1.1 总体设计概述
        2.1.2 机床总体设计要求
    2.2 微细加工机床总体设计方案
        2.2.1 总体设计方案概述
        2.2.2 主要技术要求
    2.3 机床关键部件设计
        2.3.1 高精度运动部件
        2.3.2 立柱结构设计
        2.3.3 沙发型机床床身结构(SMBS)设计
        2.3.4 在位检测系统
        2.3.5 切削力测量系统
    2.4 本章小结
第三章 考虑整机动态性能的关键部件结构优化方法研究
    3.1 微细加工机床整机动态特性薄弱部件辨识(CIDCA)
        3.1.1 概述
        3.1.2 基于有限单元法的机床整机建模
        3.1.3 整机静刚度分析
        3.1.4 整机模态分析
        3.1.5 整机谐响应分析
        3.1.6 结构优化对象的确定
    3.2 基于拓扑优化的床身结构设计
        3.2.1 拓扑优化的基本原理
        3.2.2 床身优化设计技术方案
        3.2.3 床身的拓扑优化设计
        3.2.4 床身筋板布局的优化
        3.2.5 优化结果验证与分析
    3.3 基于灵敏度分析的薄弱部件优化设计(OWCSA)
        3.3.1 灵敏度分析概念
        3.3.2 机床动态性能对结合面刚度的灵敏度分析
        3.3.3 单螺栓连接的接触面压力分布
        3.3.4 双螺栓耦合作用下的压力分布
        3.3.5 螺栓布局优化结果验证与分析
        3.3.6 立柱结构灵敏度分析
        3.3.7 基于立柱灵敏度分析的优化方程
        3.3.8 立柱优化结果验证与分析
    3.4 本章小结
第四章 微细加工机床的动态性能主动控制平台研制
    4.1 微细加工机床振动控制理论分析
        4.1.1 机床的主要振源分析
        4.1.2 机床自激振动的主动减振原理
        4.1.3 机床整机的主动隔振原理
    4.2 机床主动减振平台设计
        4.2.1 基本配置结构
        4.2.2 柔性铰链的设计
        4.2.3 柔性铰链的静态特性分析
        4.2.4 柔性铰链的动态特性分析
        4.2.5 作动器的选择
        4.2.6 减振平台整体方案的仿真分析
        4.2.7 减振平台的性能测试
    4.3 机床主动隔振平台研制
    4.4 本章小结
第五章 振动主动控制平台多目标控制算法研究
    5.1 主动减振平台建模与控制器理论基础
        5.1.1 基于状态空间的系统模型
        5.1.2 线性矩阵不等式理论基础
    5.2 基于LMI优化的主动减振平台多目标控制算法(CMOACA)研究
        5.2.1 多目标控制需求分析
        5.2.2 多目标控制器的算法设计
    5.3 多目标控制器的性能仿真研究
        5.3.1 时域特性分析
        5.3.2 频域特性分析
        5.3.3 控制器的鲁棒性分析
    5.4 主动隔振系统模型
    5.5 基于Fx-LMS的主动隔振平台控制算法研究
        5.5.1 Fx-LMS算法
        5.5.2 改进的Fx-LMS算法
    5.6 本章小结
第六章 微细加工机床实验与工程验证
    6.1 概述
    6.2 机床模态频率测试
    6.3 微细加工机床结构及其运动部件精度检测
    6.4 主动振动控制系统的实现
        6.4.1 控制系统的构成
        6.4.2 控制器的硬件实现
        6.4.3 主动减振实验仪器与设计
        6.4.4 主动隔振系统的实现
    6.5 振动控制实验验证与结果分析
        6.5.1 主动减振实验效果
        6.5.2 主动隔振实验效果
    6.6 机床加工工程验证与结果分析
        6.6.1 试样材料及实验方案
        6.6.2 实验结果与分析
    6.7 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文工作总结
    7.2 本文的创新点
    7.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间参与的科研项目及学术成果
致谢



本文编号：3878773