凸轮磨床从动轴跟随主导轴的跟踪算法研究

发布时间：2017-04-12 15:20

  本文关键词：凸轮磨床从动轴跟随主导轴的跟踪算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：凸轮作为实现各种复杂机械运动的关键零部件,人们对其加工精度提出更加严格的要求。传统靠模仿形的加工方法已无法满足产品的发展需要,现在多采用数控磨床来实现精密加工。为了提高凸轮数控磨削的理论研究和技术发展水平,本课题通过对磨削过程中两轴运动的研究发现,影响磨削精度的关键因素是工件旋转轴C轴与砂轮进退轴X轴之间的配合精度。在各单轴跟踪精度满足一定要求的基础上,X轴对C轴实际值的跟踪精度决定了工件的磨削精度。基于上述思想,本课题提出了仿形跟踪误差补偿,即将C轴实际值经X(C)函数变换后与X轴砂轮中心点的实际位置做差,将差值反馈到X轴的输入数值序列,并以此为基础设计了模糊PID和人工神经网络PID控制器作为仿形跟踪误差补偿器,利用仿真磨削平台加以实验验证。其主要研究内容如下:1.建立凸轮磨削的数学模型。凸轮数据由升程表给出,先利用三次样条插值将升程表数据进行密化处理,使其满足加工要求。不同测头的升程表与凸轮轮廓之间的数学关系是不同的,通过对测头的分析分别建立各自的数学关系,利用反转法及速度瞬心法,推导出工件旋转角度和砂轮进给之间的磨削模型,为后面的研究工作做好准备。2.提出了凸轮磨削的仿形跟踪误差补偿这一新的补偿方式,并推导仿形跟踪误差与轮廓误差之间的折算关系。通过对两种传统跟踪方式的分析,结合两者的优点,提出了仿形跟踪误差补偿来实现两运动轴的高精度配合。轮廓误差是判断凸轮加工精度的重要依据,而若以仿形跟踪误差指导磨削则必须弄清楚两者之间的关系,通过建立适合仿形跟踪的轮廓误差模型,证明了仿形跟踪误差小于等于轮廓误差,因此通过减小仿形跟踪误差可以间接地减小凸轮的轮廓误差,进而提高加工精度。3.仿形跟踪误差补偿器的设计。传统PID控制器的三个参数一旦确定,不能根据不同工况和形状各异的凸轮片做出适当的调整,从而无法满足精度和柔性的要求,将智能控制算法应用到凸轮的磨削加工中去,分别设计了模糊PID控制器和人工神经网络PID控制器,利用这两种智能算法,实时地调整PID控制器的三个参数,使其满足不同工况下、不同形状凸轮片的加工要求。4.实验验证仿形跟踪误差补偿及设计的控制器的有效性。基于长春第一机床有限公司所生产的MK8312C数控凸轮轴磨床,利用SIMULINK为其搭建了仿真磨削系统,详细给出了控制器的设计过程及参数选取,对比常规PID控制器与设计的模糊PID控制器以及人工神经网络PID控制器的控制效果。实验结果表明,仿形跟踪误差补偿能够有效提高磨削精度,而设计的两种控制器在精度和抗扰性能上与传统PID控制相比均具有一定的优势。综上所述,本课题对凸轮磨削的数学模型、X轴对C轴实际输出值的跟踪精度对凸轮加工精度的影响、仿形跟踪误差与轮廓误差之间的关系、智能控制算法在凸轮磨削中的应用等方面做了相应的研究,当然,还有许多问题值得深入探讨,如利用对加工速度的优化实现磨削精度的提高;利用凸轮加工过程磨削不可逆的特点,以轮廓无内凹控制实现高精度磨削。
【关键词】：凸轮磨削 磨削精度 仿形跟踪 模糊PID 人工神经网络PID
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG596
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.2 凸轮数控磨削的国内外研究现状12-17
• 1.2.1 在凸轮的加工工艺方面12-15
• 1.2.2 伺服系统跟踪精度的研究15-16
• 1.2.3 关于各运动轴配合控制的研究16-17
• 1.3 仿形跟踪误差补偿概述17-18
• 1.4 目前存在的主要问题18
• 1.5 本文的主要内容和结构安排18-21
• 第2章 凸轮轮廓生成及磨削模型建立21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 凸轮机构简介21-22
• 2.3 升程表转角升程曲线的拟合22-24
• 2.4 凸轮轮廓曲线的生成24-27
• 2.4.1 反转法求凸轮轮廓25-26
• 2.4.2 速度瞬心法求凸轮轮廓26-27
• 2.5 凸轮磨削模型27-29
• 2.5.1 反转法磨削模型27-28
• 2.5.2 速度瞬心法磨削模型28
• 2.5.3 两种方法比较分析28-29
• 2.6 程序实现29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第3章 凸轮磨削的仿形跟踪误差补偿31-39
• 3.1 引言31
• 3.2 仿形跟踪31-33
• 3.2.1 X轴对C轴理论值的跟踪31-32
• 3.2.2 X轴对C轴实际值的跟踪32
• 3.2.3 仿形跟踪误差补偿32-33
• 3.3 凸轮轮廓误差模型33-36
• 3.3.1 经典轮廓误差模型33-34
• 3.3.2 仿形跟踪轮廓误差模型34-35
• 3.3.3 轮廓误差与仿形跟踪误差之间的关系35
• 3.3.4 仿形跟踪误差传递函数35-36
• 3.4 仿真实验验证36-37
• 3.5 本章小结37-39
• 第4章 基于模糊算法的仿形跟踪误差补偿器设计39-59
• 4.1 引言39
• 4.2 数控凸轮磨削仿真系统的建立39-42
• 4.2.1 C轴仿真系统的搭建39-40
• 4.2.2 X轴仿真系统的搭建40-42
• 4.2.3 仿形跟踪误差补偿系统的搭建42
• 4.3 凸轮片的选择及实验参数的确定42-44
• 4.4 模糊控制器设计44-51
• 4.4.1 模糊控制算法的理论基础44-46
• 4.4.2 模糊控制器结构的选择46-47
• 4.4.3 模糊化47
• 4.4.4 模糊规则库的建立47
• 4.4.5 解模糊器的确定47-49
• 4.4.6 仿形跟踪下的模糊PID控制49-51
• 4.5 模糊PID控制效果分析51-58
• 4.5.1 凸轮磨床中模糊PID控制器的设计51-56
• 4.5.2 仿真实验效果分析56-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第5章 基于人工神经网络的仿形跟踪误差补偿器设计59-71
• 5.1 引言59
• 5.2 人工神经网络控制器设计59-66
• 5.2.1 人工神经网络理论基础59-60
• 5.2.2 拓扑结构及学习方式60-61
• 5.2.3 BP神经网络61-62
• 5.2.4 BP神经网络PID控制及权值修正62-65
• 5.2.5 仿形跟踪下的人工神经网络PID控制65-66
• 5.3 BP神经网络PID控制效果分析66-69
• 5.3.1 凸轮磨床中人工神经网络PID控制器的设计66-67
• 5.3.2 仿真实验效果分析67-69
• 5.4 两种算法控制效果对比分析69-70
• 5.5 本章小结70-71
• 第6章 全文总结71-73
• 6.1 本课题研究背景及拟实现目标71
• 6.2 本课题的主要研究工作71-72
• 6.3 研究展望72-73
• 参考文献73-77
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果77-79
• 致谢79

【参考文献】

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  本文关键词：凸轮磨床从动轴跟随主导轴的跟踪算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：301579