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超精密微小型机床数控系统的研究

作　者: 何庆洋
导　师: 梁迎春
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 超精密 微小机床 PMAC 伺服系统 定位精度
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 395次
引　用: 5次
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内容摘要


利用微小型机床进行三维微小零件的微细切削加工是一项新兴的制造技术,为了满足微小型化产品的需求,本课题进行了超精密微小机床的硬件结构设计、软件设计以及伺服系统的设计。研究工作将促进微小型机床的开发,也将为国民经济和国防建设发展奠定基础。机床的硬件设计是基于IPC机和Windows操作系统的并行双CPU数控系统,以PMAC作为运动控制器,通过电感测头和视频显微镜来进行三维精密对刀,并与高速电主轴、气浮工作台、直线电机、光栅以及强电控制柜等共同构成超精密三轴联动微小数控机床。数控系统软件是利用VB6.0来开发的,采用模块化设计的思想,通过调用PMAC卡内的Pcomm32动态链接库,来实现对机床的运动控制以及机床状态的显示。针对微小机床的特殊要求,数控系统添加了视频采集模块,此模块显示了视频采集卡采集到的图像,可通过此模块利用CCD和电感测头进行三维对刀,以及观测微小零件的表面形貌,大大减少了工作人员加工前的准备工作。伺服系统是采用直线电机带动气浮工作台,用光栅进行实时反馈,是一个零阻尼系统,所以设计过程中主要考虑减小工作台的振动以及外界负载干扰等。根据系统特性设计伺服算法,然后利用Matlab/Simulink对闭环系统进行仿真得出最佳PID调节参数,提高机床的定位精度和伺服跟踪精度。最后,对机床的定位精度进行了测试,并编制了定位精度测试数据处理软件,为了验证微小机床的加工性能以及机床的整体性能,设计了微小机床的加工实验,结果证明了本超精密微小机床系统设计方案的可行性,可以满足微小机床的加工要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题的来源及研究的意义  8-9
  1.2 超精密加工的发展现状  9
  1.3 微机械的发展状况  9-12
    1.3.1 国外发展现状  10-11
    1.3.2 国内现状  11-12
  1.4 微细加工伺服系统的发展现状  12-13
  1.5 课题的主要研究内容  13-14
第2章 微小机床硬件设计  14-25
  2.1 微小机床总体布局  14-15
  2.2 运动轴系总体设计  15
  2.3 控制系统设计  15-17
  2.4 系统元部件的选型  17-20
    2.4.1 运动控制器的选择  17-18
    2.4.2 主轴的选择  18-19
    2.4.3 电机的选择  19-20
    2.4.4 光栅的选择  20
  2.5 强电控制柜的设计  20-24
    2.5.1 强电控制柜的设计要求  20-21
    2.5.2 控制柜控制电路的设计  21-23
    2.5.3 控制柜电路的连接  23-24
  2.6 本章小结  24-25
第3章 微小机床软件设计  25-33
  3.1 动态链接库  25
  3.2 软件系统模块化设计  25-28
    3.2.1 程序操作模块  26-27
    3.2.2 手动操作模块  27-28
    3.2.3 状态显示模块  28
  3.3 微小机床数控界面  28-29
  3.4 视频显微对刀装置  29-32
  3.5 本章小结  32-33
第4章 微小机床伺服系统设计  33-50
  4.1 伺服系统的PID 控制  33-35
  4.2 三相永磁无刷直线电机  35-41
    4.2.1 直线电机的基本结构  35-36
    4.2.2 直线电机的特点  36-37
    4.2.3 直线电机的选型  37-38
    4.2.4 直线电机数学模型的建立  38-41
  4.3 伺服系统的模型  41-44
  4.4 伺服系统的仿真  44-49
    4.4.1 伺服系统的阶跃响应  44-47
    4.4.2 伺服系统的正弦跟踪  47-49
  4.5 本章小结  49-50
第5章 数控系统综合实验  50-60
  5.1 微小机床定位精度实验  50-54
    5.1.1 引言  50-51
    5.1.2 微小机床直线运动单元定位误差分析  51-52
    5.1.3 微小机床定位精度的测试实验  52-54
  5.2 微小零件的加工实验  54-59
    5.2.1 加工设备及实验材料  55
    5.2.2 实体建模和刀具路径的生成  55-57
    5.2.3 加工代码的生成  57
    5.2.4 实验结果  57-59
  5.3 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-66

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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