非圓加工用高速高精度快速刀具進給系統(tǒng)的研究.pdf

1、非圓回轉類零件在工業(yè)中的應用日益廣泛,在其形狀日趨復雜化的同時,對加工精度的要求也隨之提高,而相應的精密高效加工技術逐漸成為當今加工領域的研究熱點。活塞是發(fā)動機的心臟,為了滿足發(fā)動機性能不斷提高的要求,目前活塞型面通常被設計成具有中凸變橢圓特征的復雜三維立體曲面,而其數控車削加工的關鍵在于硬件上配置一套高頻響、大行程和高精度的快速刀具進給機構(Fast Tool Servo,簡稱PTS),軟件上擁有相應的高效伺服控制算法。本文以基于壓電

2、堆致動器(PZT Stack Actuator,簡稱PSA)的PTS機構為研究對象,探索了該機構在非圓回轉類零件車削加工中的若干控制問題,并進行了相關的試驗分析與驗證。
　　 本文首先根據中凸變橢圓活塞的精密數控車削加工要求,確定了快速刀具進給機構的主要設計參數,如位移精度、頻響、行程范圍、剛度、驅動力和動態(tài)性能等。鑒于PSA的行程較小這一事實,目前基于PSA的FTS機構中普遍采用了柔性鉸鏈微位移放大機構。由于被控對象模型的精確

3、度對系統(tǒng)的控制精度有很大的影響,所以本文還介紹了借助頻率掃描獲取FTS機構的頻率響應,然后利用受控自回歸(AutoRegressive with eXogenous input,簡稱ARX)模型對其進行系統(tǒng)辨識的方法。頻率響應和階躍響應結果表明,所用的FTS機構具有較寬的頻帶和良好的隨動性能。
　　 在開環(huán)、變頻、變負載情況下,壓電堆致動器具有非常強烈的遲滯非線性特性,一最大遲滯可高達滿行程的43％。因此,建立遲滯模型進行前饋補

4、償是十分必要的。在對傳統(tǒng)遲滯建模方法進行回顧的基礎上,提出了一種基于Preisach原理和支持向量機(Support Vector Machine,簡稱SVM)算法的動態(tài)混合泛化模型,一方面利用SVM代替了傳統(tǒng)Preisach建模過程中的雙線性插值算法和查找表的功能,另一方面能夠在寬頻變負載工況下,更精確地描述壓電陶瓷的遲滯特性,從而顯著提高了遲滯模型的泛化能力和預測精度。對比試驗的結果表明,所提出的SVM動態(tài)混合泛化模型是十分有效的。

5、
　　 中凸變橢圓活塞裙部的外型曲面在數控車削加工時,刀具進給運動的目標軌跡是精確預知的,而且刀具進給運動具有較強的周期性和重復性。針對這些特點,提出了一種改進的嵌入式重復控制系統(tǒng)結構,并在穩(wěn)定性分析的基礎上,給出了控制器參數的選擇方法。試驗結果表明,變負載情況下,重復控制器的跟蹤誤差有所增大,但仍具有較高的跟蹤控制精度。
　　 采用數控車床加工中凸變橢圓活塞時,完成活塞中凸型線加工的縱向進給運動和實現裙部橢圓加工的高頻