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双驱式高精度数控铣削实验系统研究与设计

作　者: 王大为
导　师: 王永青
学　校: 大连理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 数控技术龙门结构有限元分析数控系统
分类号: TG547
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

高性能数控系统是高精度零件数字化加工的基本保证,高精度数控实验平台是深入开展高性能数控技术研究的重要手段。本文自主设计了双驱式高精度数控铣削试验系统,选择动态性能良好的动龙门结构完成实验平台的进给运动；选用花岗岩作为基座、立柱以及横梁等部件的材料,以获得良好的温度稳定性和动力学性能；选用双伺服电机同步驱动的方式实现横梁的X向进给,提高实验平台加工精度；选用THK公司的HSR型高精度直线导轨和BNFN型滚珠丝杠,完成三个直线轴的进给运动。对自主设计的三轴龙门铣削实验平台运用三维建模软件Pro/E进行建模,并通过ANSYS workbench进行有限元分析,对实验平台整体及其关键部件横梁、工作台进行静力分析与模态分析,校核实验平台的静动态性能。分析结果表明：横梁、立柱刚度,工作台强度均能够满足设计要求；同时,花岗岩床身结构有效提高了实验平台的固有频率,达到了抗振的设计目的。选用安川伺服电机与伺服单元作用驱动部件；采用激光尺作为位置反馈部件,提高系统位置控制精度；采用工业计算机(IPC)和通用I/O板卡共同搭建数控系统硬件平台,保证数控系统具有足够可开放性,以进行数控内核程序的开发与研究。同时,对数控系统各核心功能模块进行了深入研究,以VC++6.0为编程环境,开发了基于window平台的数控系统,完成其中译码,插补,位置控制,开关量控制等核心功能模块的设计,完成软件编写,并通过调试。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-17
  1.1 课题的研究背景及意义  8-10
  1.2 数控技术国内外研究发展现状  10-14
  1.3 高精度数控实验系统关键技术  14-16
    1.3.1 机械结构设计  14-15
    1.3.2 关键部件材料选择  15
    1.3.3 位置检测技术  15-16
    1.3.4 控制算法  16
  1.4 论文主要工作  16-17
2 实验平台机械系统设计  17-32
  2.1 高精度实验平台机械方案方案设计  17-21
    2.1.1 实验平台运动方案  17-18
    2.1.2 实验平台结构方案设计  18-21
  2.2 实验平台重要零部件材料的选用  21-22
    2.2.1 机床零件材料介绍  21-22
    2.2.2 实验平台重要部件材料的选用  22
  2.3 实验平台主要机械参数的确定  22-24
    2.3.1 实验平台主参数的确定  22
    2.3.2 实验平台运动参数的确定  22-24
    2.3.3 实验平台动力参数的确定  24
  2.4 进给系统部件选型  24-30
    2.4.1 滚珠丝杠的选型  25-27
    2.4.2 联轴器的选型  27-28
    2.4.3 直线导轨的选型  28-30
  2.5 实验平台整体机械结构  30-31
  2.6 本章小结  31-32
3 实验平台重要部件有限元分析  32-54
  3.1 机械结构有限元分析概述  32-35
    3.1.1 有限元理论概述  32-33
    3.1.2 ANSYS workbench介绍  33-34
    3.1.3 ANSYS workbench分析步骤  34-35
  3.2 实验平台有限元模型的建立  35-39
  3.3 实验平台静力特性分析  39-45
    3.3.1 静力特性分析理论  39-42
    3.3.2 实验平台静力特性有限元仿真分析  42-45
  3.4 实验平台模态分析  45-53
    3.4.1 模态分析理论  45-48
    3.4.2 实验平台动力性能理论分析  48-49
    3.4.3 实验平台及其重要部件动力学特性仿真分析  49-53
  3.5 本章小结  53-54
4 开放式数控系统设计  54-73
  4.1 数控系统整体方案设计  54-56
    4.1.1 数控系统各功能模块概述  54-55
    4.1.2 数控系统方案设计  55-56
  4.2 数控系统硬件体系设计  56-63
    4.2.1 伺服系统与位置反馈部件设计  56-61
    4.2.2 I/O板卡的选用  61-63
  4.3 数控系统各软件功能模块设计  63-72
    4.3.1 译码模块  63-64
    4.3.2 插补模块  64-66
    4.3.3 位置控制模块  66-68
    4.3.4 开关量控制模块  68-69
    4.3.5 双驱控制模块  69-72
  4.4 本章小节  72-73
结论  73-74
参考文献  74-77
附录A 数控系统部分源代码  77-79
附录B数控铣削实验平台总体装配图  79-80
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  80-81
致谢  81-83

双驱式高精度数控铣削实验系统研究与设计

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