大型薄壁件镜像铣削装备数控系统研究与开发
发布时间：2024-01-06 11:46
大型薄壁件是导弹、大型飞机和重载火箭等航空航天高端设备的关键组件,因此,对其加工的设备、系统和技术提出严格要求。该类工件具有尺寸大、厚度小、结构刚度低、形状不规则和材料去除率高等特点,且在铣削中因切削热/力、残余应力、夹紧力等作用下易产生形变和颤振。使用常规的工艺装夹和铣削大型薄壁工件,难以满足其高质高效、绿色加工的要求。为此,课题组提出了采用镜像铣削工艺实现大型薄壁件的加工,设计了大型薄壁件镜像铣削装备数控系统的初步方案。本文进一步完善和实现大型薄壁件镜像铣削装备数控系统,并研究该装备支撑与加工的同步运动问题。根据大型薄壁件镜像铣削装备数控系统的功能需求和开放式数控系统的设计理念,规划了该装备硬件和软件系统的总体结构。基于模块化设计思想,设计了大型薄壁件镜像铣削装备的电气控制系统和伺服控制系统,开发了下位机运动程序与PLC程序,实现了大型薄壁件镜像铣削装备数控系统的硬件和软件平台。大型薄壁件加工装备采用镜像铣削工艺,其要求加工侧与支撑侧对称轴间进行严格的同步运动,本文将这种对称轴间的同步控制简化为双轴同步控制。在分析了经典的位置控制策略和双轴同步运动的同步误差与跟踪误差几何关系的基础...
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景
1.2 开放式数控系统国内外研究现状及分析
1.2.1 开放式数控系统国外研究现状
1.2.2 开放式数控系统国内研究现状
1.2.3 国内外研究现状分析
1.3 同步控制技术国内外研究现状及分析
1.3.1 同步控制国外研究现状
1.3.2 同步控制国内研究现状
1.3.3 国内外研究现状分析
1.4 本文研究的主要内容
2 大型薄壁件镜像铣削装备硬件系统设计与实现
2.1 大型薄壁件镜像铣削装备硬件系统总体结构
2.2 UMAC硬件系统
2.3 电气控制系统设计与实现
2.3.1 系统主回路与控制回路设计
2.3.2 机床各轴限位与回零
2.3.3 Y轴电机抱闸电路设计
2.3.4 手轮硬件电路设计
2.3.5 主轴变频控制电路设计
2.3.6 电气控制柜线路设计与实现
2.4 伺服控制系统
2.4.1 伺服系统类型
2.4.2 伺服系统驱动单元控制方式
2.4.3 伺服驱动单元与UMAC连接电路设计
2.4.4 伺服自检报警电路设计
2.5 本章小结
3 大型薄壁件镜像铣削装备软件系统开发
3.1 大型薄壁件镜像铣削装备软件系统总体结构
3.2 UMAC软件系统
3.3 运动程序开发
3.3.1 多轴同步运动
3.3.2 G、M代码的实现
3.4 PLC程序开发
3.4.1 PLC模块化设计
3.4.2 PLC功能实现
3.4.2.1 手轮跟随功能的实现
3.4.2.2 主轴变频控制的实现
3.4.2.3 各轴限位与回零功能的实现
3.5 本章小结
4 伺服系统双轴同步控制
4.1 单轴伺服系统位置控制
4.1.1 传统线性PID控制
4.1.2 非线性PID控制
4.1.3 非线性PID与传统线性PID对比仿真实验
4.2 双轴伺服系统位置同步控制器设计
4.2.1 交叉耦合同步控制器设计
4.2.1.1 同步误差与跟随误差的几何关系
4.2.1.2 非线性PID的交叉耦合同步控制器设计
4.2.1.3 非线性PID的交叉耦合同步控制器仿真实验
4.2.2 改进的交叉耦合同步控制器设计
4.2.2.1 耦合误差的引入
4.2.2.2 非线性PID的改进交叉耦合同步控制器设计
4.2.2.3 非线性PID的改进交叉耦合同步控制器仿真实验
4.3 双轴同步控制实验
4.3.1 实验平台
4.3.2 实验控制系统设计
4.3.3 双轴同步控制实验结果与分析
4.4 本章小结
5 大型薄壁件镜像铣削装备数控系统稳定性调试与误差补偿
5.1 UMAC的伺服控制算法及其参数整定
5.1.1 UMAC的伺服控制算法
5.1.2 PID反馈参数整定
5.1.3 速度/加速度前馈参数整定
5.2 大型薄壁件镜像铣削装备数控机床定位误差补偿
5.2.1 UMAC的定位误差补偿原理
5.2.2 定位误差检测与数据处理
5.2.3 UMAC误差补偿实验
5.3 本章小结
结论
参考文献
附录A 多轴同步运动程序设计
附录B 手轮跟随工程PLC程序设计
附录C 主轴变频PLC程序
附录D 回零PLC程序设计
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：3877315
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景
1.2 开放式数控系统国内外研究现状及分析
1.2.1 开放式数控系统国外研究现状
1.2.2 开放式数控系统国内研究现状
1.2.3 国内外研究现状分析
1.3 同步控制技术国内外研究现状及分析
1.3.1 同步控制国外研究现状
1.3.2 同步控制国内研究现状
1.3.3 国内外研究现状分析
1.4 本文研究的主要内容
2 大型薄壁件镜像铣削装备硬件系统设计与实现
2.1 大型薄壁件镜像铣削装备硬件系统总体结构
2.2 UMAC硬件系统
2.3 电气控制系统设计与实现
2.3.1 系统主回路与控制回路设计
2.3.2 机床各轴限位与回零
2.3.3 Y轴电机抱闸电路设计
2.3.4 手轮硬件电路设计
2.3.5 主轴变频控制电路设计
2.3.6 电气控制柜线路设计与实现
2.4 伺服控制系统
2.4.1 伺服系统类型
2.4.2 伺服系统驱动单元控制方式
2.4.3 伺服驱动单元与UMAC连接电路设计
2.4.4 伺服自检报警电路设计
2.5 本章小结
3 大型薄壁件镜像铣削装备软件系统开发
3.1 大型薄壁件镜像铣削装备软件系统总体结构
3.2 UMAC软件系统
3.3 运动程序开发
3.3.1 多轴同步运动
3.3.2 G、M代码的实现
3.4 PLC程序开发
3.4.1 PLC模块化设计
3.4.2 PLC功能实现
3.4.2.1 手轮跟随功能的实现
3.4.2.2 主轴变频控制的实现
3.4.2.3 各轴限位与回零功能的实现
3.5 本章小结
4 伺服系统双轴同步控制
4.1 单轴伺服系统位置控制
4.1.1 传统线性PID控制
4.1.2 非线性PID控制
4.1.3 非线性PID与传统线性PID对比仿真实验
4.2 双轴伺服系统位置同步控制器设计
4.2.1 交叉耦合同步控制器设计
4.2.1.1 同步误差与跟随误差的几何关系
4.2.1.2 非线性PID的交叉耦合同步控制器设计
4.2.1.3 非线性PID的交叉耦合同步控制器仿真实验
4.2.2 改进的交叉耦合同步控制器设计
4.2.2.1 耦合误差的引入
4.2.2.2 非线性PID的改进交叉耦合同步控制器设计
4.2.2.3 非线性PID的改进交叉耦合同步控制器仿真实验
4.3 双轴同步控制实验
4.3.1 实验平台
4.3.2 实验控制系统设计
4.3.3 双轴同步控制实验结果与分析
4.4 本章小结
5 大型薄壁件镜像铣削装备数控系统稳定性调试与误差补偿
5.1 UMAC的伺服控制算法及其参数整定
5.1.1 UMAC的伺服控制算法
5.1.2 PID反馈参数整定
5.1.3 速度/加速度前馈参数整定
5.2 大型薄壁件镜像铣削装备数控机床定位误差补偿
5.2.1 UMAC的定位误差补偿原理
5.2.2 定位误差检测与数据处理
5.2.3 UMAC误差补偿实验
5.3 本章小结
结论
参考文献
附录A 多轴同步运动程序设计
附录B 手轮跟随工程PLC程序设计
附录C 主轴变频PLC程序
附录D 回零PLC程序设计
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：3877315
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