轿车发动机缸体、缸盖卧式加工中心进给系统设计及其定位精度研究
本文关键词:轿车发动机缸体、缸盖卧式加工中心进给系统设计及其定位精度研究
更多相关文章: 进给系统 结构布局 定位精度 稳定性 热误差
【摘要】:轿车发动机缸体和缸盖的加工质量对发动机的功率、燃油的消耗量以及尾气的排放有着直接的影响,其加工中心进给系统性能是影响缸体、缸盖加工质量的关键因素之一。本文以轿车发动机缸体、缸盖加工中心水平方向进给系统为研究对象,通过仿真完成对其驱动方式和结构布局的研究。然后基于动力学建模、仿真及热误差试验对双驱进给系统的误差进行了研究。基于动力学理论,建立伺服进给系统等效动力学模型,得到伺服系统和机械传动系统的等效传递函数,分析影响系统稳定性的关键因素。为研究伺服进给系统的结构设计布局和定位误差提供依据。以机械系统固有频率为优化目标,通过有限仿真分析,以轿车发动机缸体、缸盖卧式加工中心水平方向进给系统为研究对象,建立了进给系统单、双驱动结构的仿真模型,通过模态分析研究两种驱动方式的振型和固有频率,得到进给系统的最佳结构布局形式。在建立的动力学模型基础上,建立了MATLAB/Simulink仿真模型。以轿车发动机缸体、缸盖卧式加工中心水平方向进给系统为研究对象,分析影响进给系统定位精度的关键因素;同时建立非线性摩擦模型,研究闭环伺服进给系统在非线性摩擦下影响其输出稳定性的机械传动系统薄弱环节。考虑进给系统温度场的复杂热特性,理论建模及仿真难以精确分析其热特性及误差。以试验台水平方向进给系统为研究对象,搭建了进给系统热误差试验系统,研究了丝杠温度场变化及热误差。并通过实验数据拟合建立了热误差综合预测模型,为后期热误差补偿提供参考。
【关键词】:进给系统 结构布局 定位精度 稳定性 热误差
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U468.2;TG659
【目录】:
- 摘要3-4
- Abstract4-8
- 1 绪论8-16
- 1.1 课题的研究意义与背景8-9
- 1.1.1 论文研究目的与意义8-9
- 1.1.2 课题背景和来源9
- 1.2 国内外研究现状9-14
- 1.2.1 进给系统研究概况9-10
- 1.2.2 进给系统动态特性研究概况10-11
- 1.2.3 伺服进给系统误差研究概况11-14
- 1.3 论文主要研究内容14-16
- 2 伺服进给系统的数学模型的建立与分析16-25
- 2.1 伺服驱动系统数学模型16-18
- 2.2 机械传动系统数学模型18-21
- 2.2.1 驱动方式对建模影响研究19-20
- 2.2.2 机械传动系统传递函数20-21
- 2.3 伺服进给系统稳定性研究21-23
- 2.4 本章小结23-25
- 3 进给系统驱动方式与结构布局设计25-39
- 3.1 进给系统驱动方式研究25-33
- 3.1.1 单、双驱直线进给系统有限元模型的建立25-28
- 3.1.1.1 材料属性设置26
- 3.1.1.2 结合面建模26-28
- 3.1.1.3 直线进给系统有限元模型28
- 3.1.2 单、双驱直线进给系统模态分析28-33
- 3.1.2.1 单丝杠驱动直线进给系统模态分析结果28-30
- 3.1.2.2 双丝杠驱动直线进给系统动态特性分析结果30-31
- 3.1.2.3 模态分析结果对比31-32
- 3.1.2.4 卧式加工中心水平直线进给系统驱动方案设计32-33
- 3.2 双驱直线进给系统结构布局研究33-37
- 3.2.1 研究方案的设计33-34
- 3.2.2 丝杠跨距对双驱动进给系统动态特性的影响34-35
- 3.2.3 导轨跨距对双驱动进给系统动态特性的影响35-36
- 3.2.4 双驱直线进给系统布局方案优化研究36-37
- 3.3 卧式加工中心进给系统结构设计37-38
- 3.4 本章小结38-39
- 4 基于MATLAB/Simulink的进给系统仿真分析39-51
- 4.1 机械参量的折算39-41
- 4.1.1 进给系统轴向刚度39-41
- 4.1.2 等效到丝杠轴的扭转刚度41
- 4.2 开环进给系统机械刚度对定位误差仿真分析41-43
- 4.2.1 开环进给系统MATLAB/Simulink模型的建立41-42
- 4.2.2 机械刚度对开环进给系统误差影响分析42-43
- 4.3 考虑非线性摩擦的闭环伺服进给系统位移输出性能分析43-49
- 4.3.1 进给系统非线性摩擦模型的建立44
- 4.3.2 各子系统阻尼的计算44-45
- 4.3.3 MATLAB/Simulink仿真模型的建立45
- 4.3.4 伺服进给系统仿真参数的确定45-47
- 4.3.5 机械系统刚度变化对工作台进给稳定性的影响分析47-49
- 4.4 本章小结49-51
- 5 进给系统热误差试验分析与热误差预测模型的构建51-64
- 5.1 测试装置介绍51-53
- 5.1.1 测量仪器的选择51
- 5.1.2 测试系统的连接51-52
- 5.1.3 误差的测试52-53
- 5.2 进给系统定位精度和重复定位精度的测量53-55
- 5.3 进给系统热误差的测量55-59
- 5.3.1 热误差测量原理55-56
- 5.3.2 丝杠各测点温度56-58
- 5.3.3 丝杠各测点热误差58-59
- 5.4 进给系统热误差预测模型的建立59-62
- 5.4.1 热误差关于时间的函数59-60
- 5.4.2 热误差关于坐标位置的函数60-61
- 5.4.3 热误差关于温度的函数61
- 5.4.4 热误差综合预测模型61-62
- 5.5 热误差预测模型验证62-63
- 5.6 本章小结63-64
- 6 总结与展望64-66
- 6.1 本文总结64-65
- 6.2 展望65-66
- 致谢66-67
- 参考文献67-72
- 附录72
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