融合切削力模型的数控机床加工精度预测方法

发布时间：2022-02-18 17:20

　　高端装备制造业的快速发展对数控机床的加工精度提出了更高的要求,在数控机床的设计阶段,实现加工精度的预测是保证零件质量可靠性的重要手段。建立加工精度预测模型时,传统的建模方法广泛采用单一系统独立建模的形式,这种设计方法不仅不能保证机床整机的可靠性,而且未考虑各子系统之间的耦合因素。本文利用集成建模方法建立了机床多系统耦合条件下的加工精度预测模型,基于预测模型分析了系统参数与加工误差之间的关系。本文具体的研究内容如下:首先,利用ANSYS建立了机床基础结构件的有限元模型,通过模态缩减法降低了有限元模型的自由度数量。针对模型的系统矩阵与低阶转换矩阵的维数高且计算复杂,利用有限元模型获取了系统的频响函数,通过提取频响函数在指定坐标处的固有模态辨识出传递函数矩阵,并在MATLAB/Simulink中建立了基础结构件的状态空间方程,减小了模型的计算复杂程度。接着,利用集中参数法建立了伺服系统的参数方程,并利用状态空间法将伺服系统的机电耦合参数方程转换为状态空间方程,以更好地描述机电耦合系统内部变量与输入/输出之间的关系。之后将基础件状态空间方程与伺服系统状态空间方程进行耦合建立了机床整机动力学模型... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状及发展趋势
        1.2.1 数控机床动力学模型研究现状
        1.2.2 加工精度预测方法及在机床设计阶段的应用现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 机电耦合系统动力学模型的建立与验证
    2.1 引言
    2.2 机电耦合系统设计流程及动态特性评价指标
    2.3 基于模态缩减法的基础件动力学模型
        2.3.1 模态缩减理论及相关应用
        2.3.2 基于模态缩减理论的基础结构件有限元建模
        2.3.3 基础结构件缩减模型的频率响应分析
    2.4 交流伺服系统建模与性能分析
        2.4.1 交流伺服系统概述及组成单元
        2.4.2 伺服系统的数学模型
        2.4.3 交流伺服系统的参数整定及响应特性分析
    2.5 本章小结
第3章 切削力模型的建立
    3.1 引言
    3.2 主轴-刀具系统的动力学模型
        3.2.1 主轴-刀具系统铣削交互过程建模
        3.2.2 刀具偏置的计算模型
        3.2.3 未变形切屑厚度的界定
    3.3 切削力多频激励的影响
    3.4 本章小结
第4章 加工精度集成预测模型的建立
    4.1 引言
    4.2 多系统耦合的集成建模方法
    4.3 机床整机精度预测模型的建立
        4.3.1 集成预测模型的结构组成
        4.3.2 机床整机集成预测模型
    4.4 精度预测模型的动态性能评价指标
        4.4.1 进给驱动系统响应特性
        4.4.2 基于定位精度的评价指标
    4.5 本章小结
第5章 基于集成预测模型的加工精度预测和分析
    5.1 引言
    5.2 实验设置
        5.2.1 实验轮廓曲线及实验机床
        5.2.2 实验测量设备
    5.3 切削加工实验及仿真预测
        5.3.1圆台工件切削加工实验
        5.3.2 圆台工件加工仿真
        5.3.3 切削实验与仿真结果对比
    5.4 基于集成预测模型的加工精度分析
        5.4.1 控制系统增益对加工精度的影响
        5.4.2 切削参数对加工精度的影响
        5.4.3 主轴振动对加工精度的影响
    5.5 本章小结
总结与展望
    总结
    展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间发表的学术论文及科研情况



本文编号：3631235