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全液压电液比例数控钻床的设计与研究

作　者: 宁重阳
导　师: 杨尚平
学　校: 昆明理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 液压钻床阀控马达阀控油缸组合油缸电液比例控制
分类号: TG527
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前钻床的传动方式主要是机械传动和电力传动。机械传动通常通过齿轮变速箱实现速度的传递,这种传动输出扭矩大、传递效率高,但是结构复杂、成本高、噪声大、不能无级调速。电力传动通常通过变频电机直接驱动主轴,虽然主轴速度可以无级调节,但是输出扭矩小,只适用于小孔加工。液压传动具有输出功率大、速度无级调节、在相同功率下体积和重量比电机要小等优点。通过资料检索还没有发现钻床主轴转动采用液压传动的产品,进给传动中虽然有采用液压传动,但传动性能存在不足,所以对钻床液压传动系统的研究有重要的理论价值和实践意义。本论文以全液压钻床作为设计和研究对象,介绍了钻床的类型和特点,对钻床的研究现状和发展趋势进行了分析和研究。针对钻床普遍存在的主要问题提出了解决方案,确定了研究方向和内容。设计了钻床传动机构和控制系统,完成了全液压数控钻床的开发,利用Solid Edge三维软件设计了整机三维数字样机。在钻床传动机构结构设计中,以立式钻床作为设计机型,在分析立式钻床特点的基础上,对主轴转动运动和进给运动传动方案进行设计和研究。设计了钻床的主轴转动运动机构、进给运动机构、升降工作台机构。主轴转动结构采用液压马达经一级齿轮变速后驱动主轴,这是将液压传动运用到钻床主轴转动的一种新的尝试。进给运动采用组合液压缸直接驱动主轴,结构设计有创新。完成了主轴转动运动液压控制系统、进给运动液压控制系统、工作台升降液压控制系统的设计,计算和元件的选取。在对主轴转动运动控制系统及进给运动控制系统设计中,采用电液比例换向阀做为控制主阀。主轴转动速度控制回路采用电液比例阀、变量泵、变量马达组成容积节流调速控制系统,通过速度传感器、PLC控制单元完成主轴转速闭环控制,提高了控制精度。进给传动采用电液比例阀控制进入组合液压缸的流量,通过位移传感器、PLC控制单元实现对主轴进给速度和位置的闭环控制。建立了阀控马达速度控制系统数学模型,阀控液压缸位置控制系统数学模型,对系统的性能进行了分析。确定了各控制环节的参数,运应计算机对系统进行了仿真,通过试凑法确定了PID最佳参数的整合,提高了系统的控制性能。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 研究背景  10
  1.2 国内外钻床的研究与分析  10-18
    1.2.1 钻床的类型和特点  10-15
    1.2.2 钻床的现状与发展趋势  15-17
    1.2.3 钻床存在的主要问题及解决方案  17-18
  1.3 论文主要研究内容  18
  1.4 本章小结  18-20
第二章液压钻床结构设计研究  20-34
  2.1 钻床总体结构及传动方案设计  20-27
    2.1.1 钻床结构选型及参数设置  20
    2.1.2 总体结构分析  20-21
    2.1.3 主轴转动运动方案设计研究  21-24
    2.1.4 主轴进给运动方案设计研究  24-27
  2.2 钻床结构设计  27-33
    2.2.1 主轴箱布局设计  27
    2.2.2 主轴转动机构结构设计  27-28
    2.2.3 主轴进给机构结构设计  28-29
    2.2.4 主轴箱整体结构设计  29-31
    2.2.5 立柱结构设计  31
    2.2.6 升降工作台机构设计  31-32
    2.2.7 钻床总体结构设计  32-33
  2.3 本章小结  33-34
第三章钻床液压控制系统设计研究  34-48
  3.1 液压速度控制回路分析  34-35
  3.2 主轴转动液压控制系统设计  35-39
    3.2.1 主轴转动液压控制方案拟定  35-37
    3.2.2 液压元件的计算与选择  37-39
  3.3 主轴进给液压控制系统设计  39-43
    3.3.1 主轴进给液压控制系统方案拟定  39-40
    3.3.2 液压元件的计算与选择  40-43
  3.4 升降工作台液压控制系统设计  43-44
    3.4.1 升降工作台液压控制系统方案拟定  43
    3.4.2 升降油缸参数计算  43-44
  3.5 辅助液压回路的设计  44
  3.6 整机液压系统原理图的综合与拟定  44-46
  3.7 动力元件的计算与选择  46-47
  3.8 本章小结  47-48
第四章主轴转动运动数学建模及数字仿真  48-66
  4.1 主轴转动速度控制系统数学建模  48-54
    4.1.1 比例放大器数学模型  48
    4.1.2 比例方向阀数学模型  48-49
    4.1.3 阀控马达数学模型  49-52
    4.1.4 速度传感器数学模型  52
    4.1.5 阀控马达速度控制系统数学模型  52-54
  4.2 系统稳定性分析  54-55
  4.3 控制系统参数的确定  55-59
  4.4 控制系统数字仿真  59-60
    4.4.1 系统稳定特性数字仿真分析  59
    4.4.2 系统动态特性数字仿真分析  59-60
  4.5 系统动态特性校正分析  60-64
    4.5.1 PID校正介绍  60-62
    4.5.2 本系统PID参数整定及仿真  62-64
  4.6 本章小结  64-66
第五章主轴进给运动数学建模及数字仿真  66-80
  5.1 主轴进给位置控制系统数学建模  66-70
    5.1.1 阀控液压缸数学模型  66-69
    5.1.2 位移传感器数学模型  69
    5.1.3 阀控液压缸位置控制系统数学模型  69-70
  5.2 系统稳定性分析  70-72
  5.3 控制系统参数的确定  72-75
  5.5 位置控制系统数字仿真  75-76
  5.6 系统PID校正分析  76-78
  5.7 本章小结  78-80
第六章总结与展望  80-82
  6.1 论文结论  80-81
  6.2 论文不足与展望  81-82
致谢  82-84
参考文献  84-88
附录攻读硕士学位期间发表论文及成果  88

全液压电液比例数控钻床的设计与研究

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