【摘要】：隨著尖端科技水平的進(jìn)步,對(duì)零件加工水平的要求越來越高,超精密加工技術(shù)的地位變得愈發(fā)重要。當(dāng)前美國(guó)、德國(guó)和日本等國(guó)家已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)超精密機(jī)床設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化,機(jī)床能夠達(dá)到很高的加工水平,但是其價(jià)格昂貴。而國(guó)內(nèi)所研制的超精密機(jī)床在控制精度、穩(wěn)定性及功能的完備性等方面均與發(fā)達(dá)國(guó)家存在不少差距,因此開展超精密機(jī)床控制系統(tǒng)的研究很有價(jià)值。首先,針對(duì)超精密車床的功能需求,完成了伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、光柵、控制器及拓展板卡的選型校核,進(jìn)行了電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。并基于MFC分模塊開發(fā)了上位機(jī)交互界面,主要包括機(jī)床檢測(cè)模塊、程序管理模塊、參數(shù)配置模塊及JOG運(yùn)動(dòng)模塊,完成了基于UMAC的控制系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)的搭建。其次,建立了直線電機(jī)及UMAC伺服控制算法的模型,進(jìn)行了電流環(huán)的設(shè)計(jì)優(yōu)化,并通過Matlab/Simulink仿真驗(yàn)證了優(yōu)化后的電流環(huán)響應(yīng)快、無超調(diào)。進(jìn)一步地,仿真分析了控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)和正弦響應(yīng),仿真結(jié)果表明控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)控制系統(tǒng)帶寬,繪制出控制系統(tǒng)的閉環(huán)Bode圖,完成了直線軸控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。再次,調(diào)試了各電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器,并在UMAC中采用手動(dòng)整定的方式,進(jìn)行了階躍響應(yīng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)和正弦響應(yīng)調(diào)試實(shí)驗(yàn),從而驗(yàn)證了仿真的合理性。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,控制系統(tǒng)擁有良好的控制性能,滿足超精密車床的控制需求。此外,為校核控制系統(tǒng)的帶寬設(shè)計(jì),開展了機(jī)床各軸的模態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明控制系統(tǒng)帶寬設(shè)計(jì)合理。最后,開展了超精密車床的端面車削及外圓車削實(shí)驗(yàn),并進(jìn)行了表面形貌及粗糙度檢測(cè)分析,結(jié)果表明了課題所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。此外,針對(duì)加工過程中產(chǎn)生的鋸齒狀形貌,對(duì)主軸止推軸承的承載力進(jìn)行了計(jì)算,然后結(jié)合加工質(zhì)量的檢測(cè)結(jié)果,探究了機(jī)床結(jié)構(gòu)與控制對(duì)加工質(zhì)量的影響,并針對(duì)當(dāng)前機(jī)床存在的不足提出了改良意見。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文以及 Moore 和 Precitech 公司，日本的發(fā)那科和，英國(guó)的 Cranfield 大學(xué)等都具有十分先進(jìn)的技[2,4]。領(lǐng)域的需求，在 20 世紀(jì) 60 年代初美國(guó)就率先，并始終保持著領(lǐng)先地位。在中小型超精密機(jī)床領(lǐng)m 系列和 Moore 公司的 Nanotech 系列數(shù)控機(jī)床]。在大型超精密機(jī)床領(lǐng)域，美國(guó)也始終保持著領(lǐng)室所研制的 LODTM 大型超精密金剛石車床，工質(zhì)量為 1360kg，加工精度可達(dá) 28nm，主要用變所需的金屬反射鏡的加工。該機(jī)床與實(shí)驗(yàn)室另床以及英國(guó) Cranfield 公司研制的 OAGM-2500最高的 3 臺(tái)大型超精密車床[2,6]。

圖 1-2AHN15-3D 超精密機(jī)床[4]國(guó)在該領(lǐng)域的發(fā)展也很快，F(xiàn)raunhofer 研究所開發(fā)了一種緊湊型設(shè)減小了機(jī)床尺寸的同時(shí)提高了機(jī)床的剛度和精度。另外，Kugler 公微細(xì)加工超精密機(jī)床領(lǐng)域也一直保持著很高的水平。 國(guó)內(nèi)超精密機(jī)床的研究現(xiàn)狀到二十世紀(jì)八十年代，我國(guó)才逐漸開始超精密加工及相關(guān)設(shè)備的研晚。幾十年來隨著國(guó)家的支持和相關(guān)研究單位的不斷努力，我國(guó)的不斷發(fā)展，并在某些領(lǐng)域達(dá)到了世界先進(jìn)的水平。然而整體上而言精度、穩(wěn)定性、效率還是機(jī)床的數(shù)量及功能的完備性都無法和美英是隨著研究的推進(jìn)，，我國(guó)和發(fā)達(dá)國(guó)家的差距逐漸縮小。京機(jī)床研究所是國(guó)內(nèi)研究超精密機(jī)床設(shè)備的重要力量，該所于 20超精密機(jī)床 SPHER200C，實(shí)現(xiàn)了薄壁球面零件的超精密批量加工糙度 Ra 為 10nm，尺寸的一致性達(dá)到 0.3~0.7[4]。011 年，北京航空精密研究所推出了我國(guó)首臺(tái)大型光學(xué)級(jí)加工水平的anosys-1000[7]，機(jī)床及加工的工件如圖 1-3 所示。機(jī)床的床身設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG51

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張建明;龐長(zhǎng)濤;;超精密加工機(jī)床系統(tǒng)研究與未來發(fā)展[J];航空制造技術(shù);2014年11期

2 梁迎春;陳國(guó)達(dá);孫雅洲;陳家軒;陳萬群;于楠;;超精密機(jī)床研究現(xiàn)狀與展望[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2014年05期

3 陳強(qiáng);吳根忠;葉雷;;永磁同步電機(jī)變負(fù)載自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[J];新型工業(yè)化;2014年04期

4 徐昌語;劉勇;左煜;杜海濤;李迪;;基于UMAC的開放式超精密機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)[J];航空精密制造技術(shù);2013年05期

5 王程鵬;;開放式數(shù)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J];科技傳播;2013年03期

6 陳俊云;趙清亮;;單點(diǎn)金剛石車削表面粗糙度的研究[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2012年07期

7 肖雷;;超精密機(jī)床的發(fā)展綜述[J];科技信息;2010年28期

8 穆海華;周云飛;溫新;周艷紅;;直線電機(jī)齒槽推力波動(dòng)的標(biāo)定與補(bǔ)償方法[J];電機(jī)與控制學(xué)報(bào);2009年05期

9 楊桂霞;梁鑫;;國(guó)內(nèi)外超精密加工技術(shù)與機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r[J];機(jī)械工程師;2009年01期

10 ;OPEN ARCHITECTURE CNC SYSTEM HITCNC AND KEY TECHNOLOGY[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering;2007年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 唐傳勝;永磁同步直線電機(jī)控制方法研究[D];電子科技大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 劉良;飛刀切削機(jī)床的空氣動(dòng)力學(xué)行為及其動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 羅輝;開放式數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制方法研究[D];上海工程技術(shù)大學(xué);2016年

3 王明陽;基于UMAC的超精密車銑復(fù)合機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的研制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 陳元浩;基于PMAC的多軸輪廓誤差預(yù)補(bǔ)償方法研究[D];華中科技大學(xué);2015年

5 劉娜娜;基于UMAC的鏜銑加工中心的數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D];沈陽理工大學(xué);2015年

6 陳莉丹;基于工業(yè)PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2014年

7 喬政;模輥超精密加工機(jī)床動(dòng)態(tài)特性研究及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2667768