大型精密重载回转工作台油膜厚度的检测与控制

发布时间：2017-09-20 15:40

  本文关键词：大型精密重载回转工作台油膜厚度的检测与控制

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【摘要】：静压工作台由于具有高精密性、高承载能力以及寿命长的优点在数控机床领域被普遍的应用,而静压工作台的承载能力、刚度等各项工作性能主要由静压导轨的油膜厚度决定。但是静压导轨在实际工作的时候,油膜厚度在施加外载荷之后不能保持稳定,影响了静压导轨的承载能力和油膜刚度。因此对工作台的油膜厚度稳定性进行调节,保证工作台高精密、高承载、高刚度等工作性能是精密重载回转加工领域非常迫切的需求。工作台液压系统研究方面,首先分析了回转工作台的结构特点,对比研究了开式静压导轨结构和闭式静压导轨结构以及定量式供油和定压式供油的优缺点,确定了该工作台采用定量的闭式静压导轨,设计了一种以调节多头泵流量继而控制油膜厚度的液压系统,通过选取主要液压元器件,以实现对工作台油膜厚度调节。油膜厚度检测方面,通过综合考虑工况和检测精度,确定了油膜厚度的检测仪器为电涡流位移传感器,同时考虑到偏载以及工作台的制造误差,提出了一种平均平滑滤波的方式用以减小误差,确定油膜厚度,为后续的油膜厚度调节提供准确数据。油膜厚度控制方面,由于供油流量恒定,静压导轨在受到外载荷的时候,油膜厚度必然会减小,为了使工作台的油膜厚度稳定在初始设定值,本文提出了由电涡流位移传感器、控制器、变频电机、多头泵、闭式静压导轨构成的油膜厚度闭环控制系统,并对每一个环节建立数学模型,利用matlab/simulink仿真软件对其进行仿真。结果表明,在控制模型的作用下油膜厚度稳定在设计油膜厚度,油膜稳定性得到了大幅度提高。最后,在西门子840DSL数控系统上开发了一套油膜厚度控制系统,对控制模型在试验平台上进行了验证,实验结果表明,油膜厚度可以稳定在设计值。
【关键词】：精密重载 回转工作台 油膜厚度 流量控制 系统仿真
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 研究课题的来源8
• 1.2 课题的研究背景和意义8-9
• 1.3 国内外研究现状分析9-12
• 1.4 课题主要研究内容12-15
• 第2章 工作台的液压系统设计15-28
• 2.1 静压工作台的结构15-23
• 2.1.1 静压工作台的工作原理15-17
• 2.1.2 静压工作台的分类17-19
• 2.1.3 闭式静压工作台供油形式19-22
• 2.1.4 油垫的结构与计算22-23
• 2.3 回转工作台供油系统设计23-27
• 2.3.1 供油系统设计要求23-24
• 2.3.2 供油系统原理图设计24-25
• 2.3.3 主要液压元件的选型25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 工作台油膜厚度检测系统设计28-35
• 3.1 检测实施方案28-30
• 3.2 检测仪器的确定30-34
• 3.2.1 油膜厚度检测仪器的选择30-31
• 3.2.2 电涡流位移传感器的选型31-34
• 3.3 本章小结34-35
• 第4章 工作台油膜厚度控制策略研究35-47
• 4.1 静压工作台油膜厚度控制方案35-36
• 4.2 控制模型各环节的数学模型36-41
• 4.2.1 电涡流位移传感器检测环节数学模型37-38
• 4.2.2 变频电机环节的数学模型38
• 4.2.3 多头泵环节的数学模型38-39
• 4.2.4 泵的流量与载荷间的数学模型39-40
• 4.2.5 载荷与油膜厚度间的数学模型40-41
• 4.3 工作台油膜厚度控制仿真41-46
• 4.3.1 仿真方法及工具41
• 4.3.2 工作台油膜厚度控制系统的参数设置41-42
• 4.3.3 基于MATLAB/SIMULINK的油膜厚度控制系统仿真42-43
• 4.3.4 PID控制器的设计43-45
• 4.3.5 基于油膜厚度闭环控制方案的仿真分析45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 工作台油膜厚度控制系统实验与验证47-56
• 5.1 基于西门子 840DSL数控系统油膜厚度控制系统开发47-51
• 5.1.1 开发环境与开发工具47
• 5.1.2 智能控制系统的开发47-51
• 5.2 工作台油膜厚度智能控制系统实验验证51-55
• 5.2.1 试验平台搭建51-52
• 5.2.2 油膜厚度的检测与调整52-55
• 5.3 本章小结55-56
• 第6章 总结与展望56-58
• 6.1 总结56-57
• 6.2 研究展望57-58
• 参考文献58-61
• 致谢61-62
• 附录：作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果62

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