主轴旋转超声辅助电火花加工平台伺服控制系统设计
发布时间：2022-12-17 20:55
电火花加工是指在一定的介质中,通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作用,对工件进行加工的方法。主轴旋转超声振动对提高电火花放电稳定性,增大放电间隙,提升材料去除率,促进电蚀产物排出有很大作用。由于旋转、超声振动、放电加工三者复合加工过程比较复杂,因此本文主要针对主轴旋转超声振动辅助电火花加工的伺服控制系统做出研究。首先,分别从放电通道的形成与扩张、材料的去除机理和极间介质的消电离三方面研究了电火花加工机理;然后,从放电间隙、粒子能量、抛出物及材料去除方面分析了主轴旋转超声振动对电火花加工的影响。此外,为了提高加工精度,在课题组目前已研发的电火花加工机床基础上,针对机床的结构特点,分析了机床各主要运动部件产生的误差,采用多体系统理论描述其结构关系,以齐次坐标变换法推导出了几何误差模型。在保证整体精度的要求下,建立了使几何误差-成本最小化和几何误差-可靠性最大化的优化函数。使用ISIGHT和MATLAB软件,采用NSGA-II算法的方法进行了优化分析,结果表明该模型能够在保证精度的前提下适当降低成本,提高可靠性。为了设计高效的伺服控制系统,建立了控制系统位置环、速度环、电流环、加工间...
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究意义
1.2 旋转超声辅助电火花加工技术
1.2.1 电火花加工技术概述
1.2.2 旋转超声加工技术概述
1.2.3 电火花加工研究现状
1.2.4 旋转超声辅助电火花加工研究现状
1.3 电火花加工的运动控制研究现状
1.4 课题来源及本文主要研究内容
第二章 主轴旋转超声-电火花复合加工机理研究
2.1 电火花加工机理
2.1.1 放电通道的形成与扩张
2.1.2 材料的去除
2.1.3 极间介质的消电离
2.2 主轴旋转-超声振动对电火花放电加工的影响机理
2.2.1 主轴旋转-超声振动对放电间隙的影响
2.2.2 主轴旋转-超声振动对脉冲放电粒子能量的影响
2.2.3 主轴旋转-超声振动对抛出物和材料去除率的影响
2.3 本章小结
第三章 基于多体系统理论的主轴旋转超声辅助电火花加工机床精度建模与优化
3.1 主轴旋转-超声振动辅助电火花加工机床简介
3.2 多体系统拓扑结构及其低序体阵列的描述
3.3 平台的误差分析
3.4 机床综合误差模型
3.5 机床各轴精度分配
3.5.1 精度分配的目标函数
3.5.2 精度分配的设计变量
3.5.3 精度分配的约束条件
3.6 精度验证
3.7 本章小结
第四章 主轴旋转-超声辅助电火花加工伺服控制系统设计及仿真
4.1 主轴旋转-超声振动辅助电火花加工伺服控制系统硬件组成
4.2 主轴旋转-超声振动辅助电火花加工伺服控制系统总体设计
4.3 驱动系统与机械系统数学模型建立与仿真
4.3.1 电流环数学模型的建立
4.3.2 速度环数学模型的建立
4.3.3 位置环数学模型的建立
4.3.4 等效机械参量的计算
4.3.5 仿真模型
4.4 间隙电压检测电路
4.5 电火花加工间隙模型建立
4.6 基于BP神经网络控制器的设计
4.6.1 BP神经网络结构
4.6.2 控制结构设计
4.7 基于MATLAB的系统模型建立及仿真
4.8 BP-PID仿真分析
4.9 上位机控制平台设计
4.10 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 主要结论
5.2 研究展望
参考文献
附录A
在学期间研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊PID短电弧铣削加工进给运动控制[J]. 柳雅琪,周建平,许燕. 制造技术与机床. 2016(10)
[2]基于敏感度分析的机床关键性几何误差源识别方法[J]. 程强,刘广博,刘志峰,玄东升,常文芬. 机械工程学报. 2012(07)
[3]大型双柱立车误差建模及分析[J]. 李锋,杨建国,张毅. 制造技术与机床. 2011(04)
[4]数控机床制造精度的优化分配方法[J]. 康方,范晋伟. 机械科学与技术. 2008(05)
[5]电火花放电蚀坑的有限元热分析[J]. 高阳,刘林,郭常宁,倪扬. 电加工与模具. 2008(02)
[6]粉末颗粒在混粉电火花加工中作用机理研究[J]. 赵福令,吕战竹,王辉,钱志强. 大连理工大学学报. 2005(05)
[7]电火花成形加工技术的研究现状和发展趋势[J]. 张勤河,张建华,杜如虚,艾兴. 中国机械工程. 2005(17)
[8]运用多体系统运动学理论建立数控机床空间误差模型[J]. 范晋伟. 北京工业大学学报. 1999(02)
博士论文
[1]电火花加工材料蚀除机理及表面变质层形成研究[D]. 岳晓明.哈尔滨工业大学 2018
[2]高效微细电火花加工若干关键技术研究[D]. 张玲瑄.大连理工大学 2012
[3]超声振动辅助电火花铣削加工技术与机理研究[D]. 常伟杰.山东大学 2012
[4]超声振动辅助磨削—脉冲放电复合加工及其控制技术研究[D]. 闫鹏.山东大学 2009
[5]超声振动—气体介质电火花复合加工技术及机理研究[D]. 徐明刚.山东大学 2007
[6]多轴数控机床精度建模与误差补偿方法研究[D]. 粟时平.中国人民解放军国防科学技术大学 2002
硕士论文
[1]基于BP神经网络的PID控制系统研究与设计[D]. 李捷菲.吉林大学 2019
[2]金属基复合材料旋转超声辅助电火花加工技术及机理[D]. 刘林林.北方工业大学 2019
[3]微细电火花电极损耗及极间放电规律研究[D]. 马光胜.长春理工大学 2019
[4]超声振动辅助电弧加工控制系统的研究[D]. 李旻瑄.北方工业大学 2018
[5]旋转超声加工系统的振幅控制研究[D]. 秦哲.广东工业大学 2018
[6]电火花小孔加工间隙状态检测及伺服控制系统研究[D]. 孙贺龙.哈尔滨工业大学 2017
[7]超声振动辅助电弧加工技术及机理[D]. 黄文勇.北方工业大学 2017
[8]微细电火花铣削加工伺服控制及电极运动轨迹规划研究[D]. 朱熙.哈尔滨工业大学 2015
[9]基于稳健设计的多轴数控机床几何误差反演与优化方法[D]. 张翠.北京工业大学 2014
[10]高档数控机床精度分配设计与优化方法及应用研究[D]. 徐徐.浙江大学 2013
本文编号：3720633
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究意义
1.2 旋转超声辅助电火花加工技术
1.2.1 电火花加工技术概述
1.2.2 旋转超声加工技术概述
1.2.3 电火花加工研究现状
1.2.4 旋转超声辅助电火花加工研究现状
1.3 电火花加工的运动控制研究现状
1.4 课题来源及本文主要研究内容
第二章 主轴旋转超声-电火花复合加工机理研究
2.1 电火花加工机理
2.1.1 放电通道的形成与扩张
2.1.2 材料的去除
2.1.3 极间介质的消电离
2.2 主轴旋转-超声振动对电火花放电加工的影响机理
2.2.1 主轴旋转-超声振动对放电间隙的影响
2.2.2 主轴旋转-超声振动对脉冲放电粒子能量的影响
2.2.3 主轴旋转-超声振动对抛出物和材料去除率的影响
2.3 本章小结
第三章 基于多体系统理论的主轴旋转超声辅助电火花加工机床精度建模与优化
3.1 主轴旋转-超声振动辅助电火花加工机床简介
3.2 多体系统拓扑结构及其低序体阵列的描述
3.3 平台的误差分析
3.4 机床综合误差模型
3.5 机床各轴精度分配
3.5.1 精度分配的目标函数
3.5.2 精度分配的设计变量
3.5.3 精度分配的约束条件
3.6 精度验证
3.7 本章小结
第四章 主轴旋转-超声辅助电火花加工伺服控制系统设计及仿真
4.1 主轴旋转-超声振动辅助电火花加工伺服控制系统硬件组成
4.2 主轴旋转-超声振动辅助电火花加工伺服控制系统总体设计
4.3 驱动系统与机械系统数学模型建立与仿真
4.3.1 电流环数学模型的建立
4.3.2 速度环数学模型的建立
4.3.3 位置环数学模型的建立
4.3.4 等效机械参量的计算
4.3.5 仿真模型
4.4 间隙电压检测电路
4.5 电火花加工间隙模型建立
4.6 基于BP神经网络控制器的设计
4.6.1 BP神经网络结构
4.6.2 控制结构设计
4.7 基于MATLAB的系统模型建立及仿真
4.8 BP-PID仿真分析
4.9 上位机控制平台设计
4.10 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 主要结论
5.2 研究展望
参考文献
附录A
在学期间研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊PID短电弧铣削加工进给运动控制[J]. 柳雅琪,周建平,许燕. 制造技术与机床. 2016(10)
[2]基于敏感度分析的机床关键性几何误差源识别方法[J]. 程强,刘广博,刘志峰,玄东升,常文芬. 机械工程学报. 2012(07)
[3]大型双柱立车误差建模及分析[J]. 李锋,杨建国,张毅. 制造技术与机床. 2011(04)
[4]数控机床制造精度的优化分配方法[J]. 康方,范晋伟. 机械科学与技术. 2008(05)
[5]电火花放电蚀坑的有限元热分析[J]. 高阳,刘林,郭常宁,倪扬. 电加工与模具. 2008(02)
[6]粉末颗粒在混粉电火花加工中作用机理研究[J]. 赵福令,吕战竹,王辉,钱志强. 大连理工大学学报. 2005(05)
[7]电火花成形加工技术的研究现状和发展趋势[J]. 张勤河,张建华,杜如虚,艾兴. 中国机械工程. 2005(17)
[8]运用多体系统运动学理论建立数控机床空间误差模型[J]. 范晋伟. 北京工业大学学报. 1999(02)
博士论文
[1]电火花加工材料蚀除机理及表面变质层形成研究[D]. 岳晓明.哈尔滨工业大学 2018
[2]高效微细电火花加工若干关键技术研究[D]. 张玲瑄.大连理工大学 2012
[3]超声振动辅助电火花铣削加工技术与机理研究[D]. 常伟杰.山东大学 2012
[4]超声振动辅助磨削—脉冲放电复合加工及其控制技术研究[D]. 闫鹏.山东大学 2009
[5]超声振动—气体介质电火花复合加工技术及机理研究[D]. 徐明刚.山东大学 2007
[6]多轴数控机床精度建模与误差补偿方法研究[D]. 粟时平.中国人民解放军国防科学技术大学 2002
硕士论文
[1]基于BP神经网络的PID控制系统研究与设计[D]. 李捷菲.吉林大学 2019
[2]金属基复合材料旋转超声辅助电火花加工技术及机理[D]. 刘林林.北方工业大学 2019
[3]微细电火花电极损耗及极间放电规律研究[D]. 马光胜.长春理工大学 2019
[4]超声振动辅助电弧加工控制系统的研究[D]. 李旻瑄.北方工业大学 2018
[5]旋转超声加工系统的振幅控制研究[D]. 秦哲.广东工业大学 2018
[6]电火花小孔加工间隙状态检测及伺服控制系统研究[D]. 孙贺龙.哈尔滨工业大学 2017
[7]超声振动辅助电弧加工技术及机理[D]. 黄文勇.北方工业大学 2017
[8]微细电火花铣削加工伺服控制及电极运动轨迹规划研究[D]. 朱熙.哈尔滨工业大学 2015
[9]基于稳健设计的多轴数控机床几何误差反演与优化方法[D]. 张翠.北京工业大学 2014
[10]高档数控机床精度分配设计与优化方法及应用研究[D]. 徐徐.浙江大学 2013
本文编号：3720633
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