机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台自抗扰控制研究

发布时间：2020-10-02 10:50

　　作为落实机械加工高速率、高精密度和高稳定性的装备,液体静压导轨已成为当今制造领域高速、精密及重载运动机构的主要发展方向。机床工作过程中油膜厚度受载荷影响,维持油膜厚度居于稳定状况是保证导轨精度的必要环节。目前检测油膜厚度主要是定点检测油膜厚度大小,不能模拟出切削力的变化,检测无实时性,也无自动检测的能力。本文设计了机床液体静压导轨油膜厚度检测试验台,不仅能够实时检测机床工作过程中油膜厚度的大小,而且能够模拟出变化的切削力,具备自动检测的能力。本文主要研究内容包括:(1)建立了试验台总体设计方案,阐述了导轨油膜厚度控制的重要意义;设计了试验台机械结构,描述了该结构的组成与工作过程并基于NX软件建立了该结构的三维模型原理图。(2)设计了试验台液压控制系统原理图,对该系统的元件组成及工作原理采取了详尽的分析,并对系统中各构件开展了相应的计算与选型,为了验证该系统是否符合要求,校核了系统性能;使用AMESim软件对该系统实行相应的仿真与分析。(3)建立了电液力伺服系统原理图并确定静压导轨压力控制方案,完成了试验台电液力伺服控制系统建模,对其开展了动、静态分析;基于Matlab软件仿真并分析了该控制系统性能,并且采取了二次型最优控制与极点配置对其优化。(4)由PID控制的快速超调铺垫自抗扰控制,通过零极点相消、算法建立与编程、自定义模块库和子系统的创建与封装,设计完成了自抗扰控制器;利用该控制器对试验台电液力伺服控制系统开展了自抗扰优化,并通过观察电液力伺服控制系统在线性二次型最优控制、极点配置、PID控制以及自抗扰控制下的响应曲线,进行了优劣比较。(5)根据所设计试验台的机械结构,完成了试验台的制造和整体装配,确定了各部件操作规程;利用电液力伺服控制系统对动导轨添加载荷来实时模拟机床切削力的变化,完成了油膜厚度检测的相关实验;通过自抗扰控制优化系统性能,完成了相关检测实验。实验结果表明:试验台加载力的跟随性和厚度检测精度较好,加入自抗扰控制算法后的试验台电液力伺服控制系统可以提高油膜厚度稳定性。本文为了能够实时监测油膜厚度的变化,设计了试验台总体结构并完成制造与搭建,通过电液力伺服控制系统模拟机床切削力产生的整个过程,并通过自抗扰控制算法来优化该系统的控制性能。仿真与实验表明:在自抗扰控制环境下,试验台电液力伺服控制系统性能变好,油膜厚度趋于稳定。
【学位单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG502
【部分图文】：

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图 1-1 静压导轨模型图 1-2 带静压导轨的数控机床为了减少动导轨与支撑导轨之间的磨损，改善机床加工精度与效率，提高加工平台性能与承受载荷能力，在各类机床中通常采取液体静压导轨[1,8]。静压导轨包含两个与导轨间隙油膜厚薄密切相关的参数，分别为油膜刚度与承载能力[9]。油膜刚度具有一定的刚度值范围，即随着外部载荷的变化，油膜厚度变化量符合设计要求的最大极限，而承载能力需要达到动导轨自重与机床切削力之和[10-11]。油膜厚度不稳定将会对油膜刚度和承载能力产生负面效应，因此，能否维持油膜厚度居于理想状况成为改善导轨精度的重要考量，测量油膜厚度是判断其是否位于理想状况的直接方法[1,3]。1.3 试验台控制系统研究现状与发展趋势1.3.1 电液力伺服控制系统研究现状与发展趋势

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安徽工程大学硕士学位论文此，静压导轨作业性能关键在于油膜厚度是否稳定[3]。本文设计的油膜厚度检测试验台可以实时检测导轨间隙油膜厚度，并实时油膜厚度，使之处于稳定状态，从而提高了导轨的运动精度。该试验台是评压导轨性能参数的手段，是确定油膜厚度控制系统性能的实验设备，也是研膜厚度控制策略的有效设备，此试验台对维持间隙厚度稳定性非常关键[3]。.2 试验台机械结构设计油膜厚度检测试验台的机械结构部分设计了水平和垂直两个移动模块，用拟机床切削力的变化[3]。试验台机械结构三维模型如图 2-3 所示。

【参考文献】