一种三维椭圆振动切削装置的研制

发布时间：2016-11-23 08:00

  本文关键词：一种三维椭圆振动金刚石切削装置的研制，由笔耕文化传播整理发布。

《吉林大学》 2013年

一种三维椭圆振动切削装置的研制

刘培会  

【摘要】：光学晶体等脆性材料、超硬钢等铁素类材料在精密零件及模具中有广泛的应用，但由于这些材料在切削过程中会导致严重的金刚石刀具磨损，恶化加工表面质量并降低加工精度，现行的切削方法很难获得满意的加工表面。三维椭圆振动切削（Elliptical Vibration Cutting，简称EVC）方法具有抑制金刚石刀具磨损，有效减小切削力、降低切削热等优点，被普遍认为是最具潜力的改善难加工材料切削加工性的一种加工方法。为了利用三维EVC方法有效地改善难加工材料的切削加工性，研制一种高性能的三维EVC装置及测控系统是其关键之一。然而，现有的三维EVC装置在消除各轴之间的运动耦合以及三维EVC参数的可调整性等方面还存在一些问题有待研究解决。因此，本学位论文将致力于研制一种新型三维EVC装置及测控系统，并通过理论分析和模拟、离线性能测试和在机切削加工实验对所研制的三维EVC装置及测控系统进行考证。 本文以双排对称柔性铰链机构导向实现三向独立运动，三运动轴相互垂直布置，柔性铰链机构设计为一体式，避免了主体结构的装配误差。驱动形式选择PI公司的PICMA型压电叠堆直接驱动，三向运动轴均采用MicrosenseTMII5300型电容位移传感器检测位移做跟踪反馈。根据布局对柔性铰链机构进行优化设计，以主要部件尺寸为设计变量，应力、频率、弹性回复力等作为限制条件，最小程度减小所需平面内的寄生运动为目标函数，最终得出相应参数的优化值，并求得此优化参数下刚度、频率及最大应力值。 根据优化设计结果进行了有限元验证分析和实际刚度测试。分析得出三方向刚度分别为：X向8.5034N/μm，Y向12.3365N/μm，Z向9.5265N/μm，一阶固有频率为：1236Hz。测试得出X、Y、Z三方向测试刚度分别为9.5017N/μm，10.8918N/μm，13.0674N/μm，系统的一阶共振频率为248Hz。由于分析过程中网格划分不够精确，测试过程中装配等原因，导致分析与测试存在误差，但影响不大，能够满足实验要求。 为了更好的掌握系统特性，本文进行了系统动力学建模，，得出各向传递函数为三阶参数模型。利用MATLAB系统辨识工具箱进行了离线参数辨识，得到了较为精确的辨识结果，X、Y、Z三方向辨识吻合度分别为98.77%、98.66%、99.26%。基于“PMAC+PC”的工作方式进行PID前馈反馈控制系统设计，以试凑法整定PID参数及其他各参数，对装置三方向结构进行了闭环性能测试，三方向相互扰动值均小于5%，验证了三方向运动无耦合；并在不同频率下进行椭圆轨迹合成，得出工作在30Hz频率下，椭圆较为规整，能够满足实验要求。 为了验证装置的切削加工性能，本文选择工作频率为30Hz，YX、ZY相位差为π/2，X、Y、Z三方向振幅分别为6μm、8μm、3μm的椭圆参数进行切削加工。选用黄铜和硅片进行平面切削，验证了装置可进行平面三维EVC加工，通过对比实验验证了三维EVC在难加工材料方面的优越性。进行正弦波面切削时，机床运动与EVC装置振动完成椭圆轨迹的合成，以旋转编码器控制采集主轴转角信息，形成触发信号，保证了两者运动的同步性。选用6061铝进行正弦波面切削，结果验证了此装置可实现自由曲面加工。

【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG506.5
【目录】：

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1 马春翔,社本英二,森肋俊道;超声波椭圆振动切削提高加工系统稳定性的研究[J];兵工学报;2004年06期

2 邱丽芳;南铁玲;翁海珊;;柔性铰链运动性能多目标优化设计[J];北京科技大学学报;2008年02期

3 郑剑翔;;MATLAB系统辨识工具箱在系统控制设计中的应用[J];福州大学学报(自然科学版);2010年05期

4 吴鹰飞,周兆英;柔性铰链的设计计算[J];工程力学;2002年06期

5 李荣彬;张志辉;杜雪;孔令豹;蒋金波;;自由曲面光学的超精密加工技术及其应用[J];红外与激光工程;2010年01期

6 黄金永;魏燕定;张炜;;空间微动平台的柔性铰链参数优化设计[J];机电工程;2006年01期

7 陈时锦,杨元华,孙西芝,程凯;基于柔性铰链的微位移工作台性能分析与优化设计[J];机械设计;2004年07期

8 卢泽生,王明海;硬脆光学晶体材料超精密切削理论研究综述[J];机械工程学报;2003年08期

9 马春翔,胡德金;超声波椭圆振动切削技术[J];机械工程学报;2003年12期

10 袁巨龙;张飞虎;戴一帆;康仁科;杨辉;吕冰海;;超精密加工领域科学技术发展研究[J];机械工程学报;2010年15期

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1 段宁华;一种新型两自由度快速刀具伺服装置的研制[D];吉林大学;2011年

2 张海洋;金刚石车削光学自由曲面刀具路径规划的研究[D];吉林大学;2011年

3 王刚;一种三维椭圆振动金刚石切削装置的研制[D];吉林大学;2012年

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1 邱丽芳;南铁玲;柳林;;微柔性铰链转动能力和精度特性研究[J];微纳电子技术;2007年12期

2 张栋;张玉林;李现明;魏强;;SECM微纳米定位建模及控制器设计[J];微纳电子技术;2009年07期

3 周文闻;何广平;;平面全柔性并联机构柔性铰链的优化分析[J];北方工业大学学报;2007年01期

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5 齐晓慧;田庆民;董海瑞;;基于Matlab系统辨识工具箱的系统建模[J];兵工自动化;2006年10期

6 胥青青;吴玉敬;张璟玥;姜世洲;;基于dSPACE平台的稳瞄控制系统建模方法研究[J];兵工学报;2011年11期

7 石照耀;左序涛;林虎;;锥齿轮单项误差测量仪器的研制[J];北京工业大学学报;2009年09期

8 孙明磊,宗光华,余志伟,毕树生,于靖军;基于图像分析的显微视觉自动聚焦系统[J];北京航空航天大学学报;2005年02期

9 邱丽芳;南铁玲;翁海珊;;柔性铰链运动性能多目标优化设计[J];北京科技大学学报;2008年02期

10 李晓春;齐欢;方恩印;;基于非线性辨识理论印刷墨区控制探讨[J];包装工程;2009年05期

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1 许宏淮;徐敏;李锦江;;综述:影响单点金刚石车削加工表面粗糙度的因素[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

2 周泽畅;黄道平;姜海蓉;安娟;;基于差分进化算法的PID参数整定在XY平台跟踪控制中的应用[A];全国先进制造技术高层论坛暨第九届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2010年

3 王帅;苏刚;李洪谊;;基于柔性位移缩小机构的微夹持器研究[A];第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集[C];2011年

4 陈曦;毕军建;崔忠伟;;基于预测误差参数辨识的薄膜热电偶动态校准研究[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集（一）[C];2007年

5 万珍平;刘亚俊;汤勇;张发英;;玻璃切削加工技术研究进展[A];全国生产工程第九届年会暨第四届青年科技工作者学术会议论文集（二）[C];2004年

6 陈贵敏;贾建援;刘小院;勾燕洁;;柔性铰链精度特性研究[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年

7 陈贵敏;贾建援;勾燕洁;;混合型柔性铰链研究[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年

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1 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 王淑珍;基于白光干涉超精密表面形貌测量方法与系统研究[D];华中科技大学;2010年

3 靳涛;火电机组反向建模方法的研究[D];华北电力大学（北京）;2011年

4 胡啸;基于二阶及高阶统计量的数字接收机非线性盲辨识技术[D];华中科技大学;2011年

5 张春萍;热声核特性参数实验研究及高频微型热声实验装置的研制[D];华中科技大学;2011年

6 钟俊;宏观尺度的纳米级定位控制技术研究[D];中国科学技术大学;2011年

7 王祥建;土木工程中的物理参数时域识别及地震动反演研究[D];中国地震局工程力学研究所;2011年

8 陈益;具有目的域的光电稳定跟踪系统满意控制策略[D];南京理工大学;2010年

9 林广宇;基于嵌入式技术的车载图像监控系统研究[D];长安大学;2009年

10 于秋水;基于图像处理方法的光学瞄具自动调焦技术研究[D];长春理工大学;2011年

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1 李义辉;超声无磨料内圆抛光声学系统及抛光工艺研究[D];河南理工大学;2010年

2 蒋建军;二维超声无磨料抛光工艺参数优选试验研究[D];河南理工大学;2010年

3 赵捷;超硬磨料CBN砂轮超声振动修整技术研究[D];河南理工大学;2010年

4 王悦竹;80口径观鸟镜ED光学系统设计[D];长春理工大学;2010年

5 张恩政;基于双频干涉的直线度及其位置测量方法研究[D];浙江理工大学;2010年

6 魏纪锋;基于Jerk模型的高机动目标跟踪算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

7 马文龙;水源井储量预估系统的研究与实现[D];辽宁工程技术大学;2009年

8 袁伟杰;自治水下机器人动力学建模及参数辨识研究[D];中国海洋大学;2010年

9 陈少辉;舰炮计算机控制瞄准随动系统设计[D];大连海事大学;2010年

10 包丽雅;MEMS引信的微装配技术研究[D];沈阳理工大学;2010年

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1 周文闻;何广平;;平面全柔性并联机构柔性铰链的优化分析[J];北方工业大学学报;2007年01期

2 齐晓慧;田庆民;董海瑞;;基于Matlab系统辨识工具箱的系统建模[J];兵工自动化;2006年10期

3 王立江 ,赵继 ,谭庆昌;超声波振动车削的运动学及其加工表面质量[J];兵工学报;1987年03期

4 马春翔,社本英二,森肋俊道;超声波椭圆振动切削提高加工系统稳定性的研究[J];兵工学报;2004年06期

5 张德远;振动切削的精密微细切削特性[J];北京航空航天大学学报;1993年04期

6 张元良,方加宝,刘欣,郭丽莎,陈懋圻;非轴对称光学表面加工技术基础研究[J];大连理工大学学报;1993年06期

7 向晓燕;蒋效会;;基于系统辨识的系统模型[J];电脑知识与技术;2008年16期

8 郑剑翔;;一阶惯性延时系统的免分析建模法——MATLAB在大林算法建模仿真中的应用[J];福州大学学报(自然科学版);2007年01期

9 潘君骅;大相对口径大线视场光学系统的设计[J];中国工程科学;2000年08期

10 吴鹰飞,周兆英;柔性铰链的设计计算[J];工程力学;2002年06期

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1 尹自强;超精密直线度测量及表面微观形貌分析研究[D];国防科学技术大学;2003年

2 王海峰;非圆加工用高速高精度快速刀具进给系统的研究[D];上海交通大学;2006年

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1 段宁华;一种新型两自由度快速刀具伺服装置的研制[D];吉林大学;2011年

2 彭振兴;用于超精密车削的两自由度快速刀具伺服驱动装置的研究[D];吉林大学;2008年

3 许蓬子;一种新型混合直线/回转快速刀具伺服台设计的研究[D];吉林大学;2008年

4 刘强;一种新型快速刀具伺服装置及其性能研究[D];吉林大学;2009年

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2 李勋,季远,张德远;基于有限元分析的椭圆振动切削换能器[J];北京航空航天大学学报;2005年02期

3 季远,李勋,张德远;超声椭圆振动精密切削[J];航空制造技术;2005年04期

4 肖华;李勋;张文全;姜兴刚;张德远;;实用化振动切削技术——椭圆振动车镗工艺及装备[J];新技术新工艺;2006年12期

5 夏晓风,李华;椭圆振动切削在三维切削中的应用及实用效果的研究[J];郑州工业高等专科学校学报;2000年02期

6 马春翔;潘铭跃;王海丽;;弱刚度零件的超声波椭圆振动切削加工[J];南京航空航天大学学报;2005年S1期

7 王桂林;段梦兰;张德远;;高频超声椭圆振动精密切削[J];制造技术与机床;2010年03期

8 雷洪,朱苗勇,王文忠;板坯结晶器内电磁制动过程流场的数值模拟[J];化工冶金;1999年02期

9 谭成轩;三维应力场数值模拟在油气运聚分析中的应用[J];新疆石油地质;1999年06期

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1 刘焕乾;胡燕;曾建辉;;雷达体扫数据的三维格点化处理及可视化[A];第27届中国气象学会年会雷达技术开发与应用分会场论文集[C];2010年

2 杨欣;李建平;冯晓静;刘洪杰;刘俊峰;;苹果树苗起苗铲有限元静力学分析[A];纪念中国农业工程学会成立30周年暨中国农业工程学会2009年学术年会（CSAE 2009）论文集[C];2009年

3 王瑾;李明元;汪华;;基于雷达三维拼图的强冰雹识别方法[A];第27届中国气象学会年会雷达技术开发与应用分会场论文集[C];2010年

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5 欧阳一鸣;刘蓓;齐芸;;三维片上网络测试的时间优化方法[A];第六届中国测试学术会议论文集[C];2010年

6 蒋明;杨邦朝;李建辉;;LTCC三维MCM技术[A];第十四届全国混合集成电路学术会议论文集[C];2005年

7 马运声;王俊杰;郑丽敏;;三维Cu-Ln异核有机膦酸化合物的合成与表征[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（下册）[C];2006年

8 潘德明;岳沛;陈福如;周瑜莉;;声相关三维测速技术研究[A];2001年全国水声学学术会议论文集[C];2001年

9 陈良周;任兰花;;一种基于面模型的巷道三维自动建模方法研究[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会（第一卷）[C];2010年

10 陈晓;谭福锦;;三维Laplace算子与方程在不同坐标系下的刻画[A];数学·力学·物理学·高新技术交叉研究进展——2010（13）卷[C];2010年

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1 本报记者 刘霞;[N];科技日报;2009年

2 本报记者 陈凌;[N];计算机世界;2000年

3 李坤;[N];证券时报;2010年

4 ;三维(3D)编织 展示纺织几维空间？[N];中国纺织报;2011年

5 樊江洪;[N];山西日报;2000年

6 记者 耿诺;[N];北京日报;2010年

7 本报记者 李方;[N];中国消费者报;2010年

8 王张寿 石新忠 本报记者 张建忠;[N];厂长经理日报;2001年

9 王张寿 张立文 本报记者 张建忠;[N];经理日报;2002年

10 本报记者 王言;[N];焦作日报;2009年

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1 唐雪海;北京市城六区三维绿量估算与分析研究[D];北京林业大学;2011年

2 宋汉斌;三维调制解调器的理论研究[D];复旦大学;2012年

3 朱新懿;三维颅面相似度比较的研究[D];西北大学;2012年

4 孙文邦;基于三维SDCT的视频压缩方法研究[D];吉林大学;2011年

5 赵君峤;复杂三维建筑物模型的多细节层次自动简化方法[D];武汉大学;2012年

6 马彬;基于三维镍结构防热涂层的制备及表征[D];哈尔滨工业大学;2010年

7 马彬;基于三维镍结构防热涂层的制备及表征[D];哈尔滨工业大学;2010年

8 郑元满;重磁三维物性实时可视化反演关键技术研究[D];中国地质大学（北京）;2011年

9 郭菲;蛋白质结合位点和复合体构象预测方法的研究[D];山东大学;2012年

10 邓晓红;定回线源瞬变电磁三维异常特征反演[D];中国地质大学（北京）;2006年

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2 王跃;超声波椭圆振动切削理论研究与装置设计[D];太原理工大学;2010年

3 赵绍昕;椭圆振动切削机理的研究[D];吉林大学;2012年

4 周杨;基于Quest3D的应急预案三维自动演练系统的设计与实现[D];西安电子科技大学;2011年

5 宋金秀;八达岭林场森林植被三维绿量遥感测算[D];北京林业大学;2010年

6 胡顺玺;基于三维激光扫描仪的车辆前方行人检测研究[D];吉林大学;2011年

7 程飞;基于GPU的三维红外云背景仿真方法研究[D];西安电子科技大学;2010年

8 王伟;基于MRI的果实三维体视技术研究[D];西北农林科技大学;2010年

9 吴嘉;基于Web的三维工艺资源管理系统及公差设计管理的研究[D];北京邮电大学;2010年

10 王含锁;三维条码印刷与识别技术研究[D];辽宁师范大学;2010年

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