自由曲面伺服车削切削力测量及装置研制

发布时间：2017-07-26 22:29

  本文关键词：自由曲面伺服车削切削力测量及装置研制

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【摘要】：快速刀具伺服(Fast tool servo, FTS)是一种附加在机床导轨溜板上,由一个或多个高频直线驱动器带动,能够实现平面或空间往复运动的车床辅助加工技术。在自由曲面伺服车削领域,FTS有着广泛的应用。其主要体现在三个方面：机床加工误差补偿；自由曲面中的回转不对称表面；轴类零件及微结构功能表面等。在伺服车削过程中,其切削力信号的提取愈加重要。对切削力的深入理解,合理建模和精确测量,都将有助于探索材料去除过程,监测刀具磨损现象,了解加工机制,有效的提高加工装置的性能和加工工件的质量。基于FTS的自由曲面车削,与普通端面车削和轴表面车削加工不同,其切削厚度始终在发生高频瞬态变化,因此深入探究其切削力变化就更加重要。为此,准确的测量和辨识切削力信号就成为亟待解决的首要问题。 为了解决上述问题,本文研制了一台能够进行两自由度切削力测量的测力FTS装置,并同时通过静态标定测试及动态补偿方法等提高其测力准确性。并最终通过机床在线车削铝制工件,测量其切削力。本文主要做了如下工作： 1提出了一种切削力模型。这种模型考虑到了刀具切削刃钝圆半径和刀具后角与已加工表面的挤压作用。通过最小能变原理对最小未成型切削厚度建模,探究滞点角θm和工件与刀具前刀面的摩擦角βα的关系。 2研制了一种采用嵌入式测力系统,能够同时实现两向切削力精确测量的压电致动式快速刀具伺服装置(DFT-FTS)。利用两组对称平行的以直圆型柔性铰链为单元的柔性机构作为导向支撑装置,同时结合压电驱动器设计了驱动单元。利用直板型柔性铰链两垂直方向刚度差异的特点,设计了直板型柔性铰链串联型力传感器装载机构。这种压电力传感器装载机构实现了单向切削力的精确测量以及两向切削力耦合的最小化。并进行了静力学分析。通过系统的对所设计的测力FTS进行动力学仿真和建模,分析揭示了影响测力FTS系统测力准确性的因素。 3系统分析了应用在测力装置中的动态补偿方法,通过比对得出应用频域直接多向频谱分析的动态补偿方法,对确保测力FTS系统的准确性是最适合的。通过实验对机构理论最大行程,刚度,最小分辨率以及规律力信号补偿后数值误差等进行了测试,获得了较好的效果,并最终进行机床在线切削。
【关键词】：切削力测量 快速刀具伺服 动态补偿 测力FTS 自由曲面 嵌入式测力系统
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG51
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-20
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 研究现状及发展趋势9-18
• 1.2.1 快速刀具伺服9-11
• 1.2.2 切削力测量及建模11-18
• 1.3 论文研究内容18-20
• 第2章 切削力模型20-28
• 2.1 切削力建模20-25
• 2.1.1 微切削力分区建模21-25
• 2.1.2 综合切削力模型25
• 2.2 最小未成型切屑厚度建模25-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 测力FTS设计28-48
• 3.1 测力FTS机械构型设计28-29
• 3.2 测力FTS运动部分设计29-36
• 3.2.1 运动部分静力学分析30-34
• 3.2.2 运动部分动力学分析34-36
• 3.3 测力FTS测力部分设计36-46
• 3.3.1 测力部分最优嵌入位置动力学分析37-39
• 3.3.2 力传感器装载机构设计39-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第4章 切削力测量动态补偿48-56
• 4.1 测力FTS整体动力学分析48-52
• 4.2 动态补偿方法52-54
• 4.2.1 动态补偿评价分析53-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第5章 实验结果与讨论56-68
• 5.1 机构运动部分性能测试56-60
• 5.1.1 实验环境及系统组成56
• 5.1.2 机构开环性能测试56-58
• 5.1.3 伺服系统性能测试58-60
• 5.2 机构测力部分性能测试60-63
• 5.2.1 静态标定60-62
• 5.2.2 动态补偿62-63
• 5.3 切削实验63-67
• 5.3.1 平面切削64-65
• 5.3.2 自由曲面切削65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第6章 结论与展望68-70
• 参考文献70-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张效栋;房丰洲;程颖;;自由曲面超精密车削加工路径优化设计[J];天津大学学报;2009年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张涛;微切削加工单位切削力及表面加工质量的尺寸效应研究[D];山东大学;2013年

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本文编号：578690