叶片混联磨抛机床控制系统及算法研究

发布时间：2019-08-30 11:23

【摘要】：叶片是能源、动力设备中的关键零件,其对整机安全性、稳定性的影响不容忽视。为了提高叶片磨抛精整加工自动化程度,减少人为因素对其表面质量的影响,优化加工效率,吉林大学智能精密课题组开发了一台磨抛测一体化混联式叶片磨抛机床。本文根据混联磨抛机床实际工作需求,对其控制系统及相关算法进行了研究。混联磨抛机床整体运动时存在耦合现象,对其进行控制前需要对机床做运动学分析。为了在运动过程中规避奇异位形,采用运动学法及旋量法对机床各部分结构进行分析;考虑运动耦合特性,根据奇异位形分析结果应用欧拉角、多体动力学等知识对机床运动的逆解及正解进行修正和求解,其结果为控制系统运动控制、速度规划等提供了理论基础。应用凯恩动力学方程法建立机床动力学模型,通过仿真分析对模型进行验证,研究机床不同位姿下的动力学特性,以优化、提高机床控制的准确性及可靠性;为了减少插补段衔接处因速度突变而引起的冲击振动,改善工件表面加工质量,采用动力学逆解与S形加减速方案相结合的速度规划算法进行机床加工速度的规划。建立了控制系统硬件体系结构,采用开放式控制方式“PC+运动控制卡”,针对参与空间运动的五轴制定了优化方案:对执行直线运动的两轴用光栅尺建立全闭环反馈系统;在实现两虚拟轴运动的并联机构上安装位移传感器,对其末端运动实时监控;工件旋转轴采用减速器改善系统刚度;电机采用力矩模式,优化闭环反馈特性。开发控制软件,实现机床的常规运动及叶片的智能仿人加工。对机床整体控制方案以及运动学分析进行实验验证,将各轴实际位置值与输入值作对比,验证控制方案的合理性;将三坐标测得的叶片坐标点与运动学分析结果作对比,验证运动分析的正确性;对动力学——S形加减速方案相结合的速度规划算法进行实验验证,通过与梯形加减速方案加工的工件表面质量做作对比,验证该速度规划算法可行,并显著提高了工件表面质量。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG596

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本文编号：2530701