本文關(guān)鍵詞：非共振型橢圓振動裝置及運(yùn)動控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：橢圓振動輔助加工(EVC)技術(shù)具有減少刀具的磨損、減小切削力、抑制毛刺、提高被加工表面的表面質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。本文對非共振型橢圓振動裝置的工作原理進(jìn)行了分析和研究,設(shè)計出了兩種非共振型橢圓振動裝置(NT-EVC):用于激光加工的橢圓振動裝置和用于車削的橢圓振動裝置。提出了基于ABAQUS的NT-EVC裝置設(shè)計方法,并用ABAQUS對裝置的性能進(jìn)行了有限元分析。對兩個裝置進(jìn)行了離線性能測試,驗(yàn)證所設(shè)計裝置具有良好的動力學(xué)性能和較高的運(yùn)動精度。提出改進(jìn)型橢圓振動切削(MEVC)方法,消除常規(guī)EVC引入的切削殘高,來提高加工表面質(zhì)量,并進(jìn)行了切削實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。具體工作如下:1.本文將壓電驅(qū)動器和柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)簡化為具有粘性阻尼的二階振動系統(tǒng)。針對該二階振動系統(tǒng),本文給出了其頻率響應(yīng)函數(shù)。進(jìn)而得出該二階振動系統(tǒng)在簡諧輸入情況下的穩(wěn)態(tài)輸出公式,進(jìn)而分析了剛度對穩(wěn)態(tài)輸出的影響。對兩個軸的運(yùn)動耦合進(jìn)行了研究,分析了兩軸運(yùn)動耦合率對合成橢圓運(yùn)動精度的影響。2.基于ABAQUS有限元軟件,本文了給出NT-EVC裝置的通用設(shè)計方法,給出NT-EVC裝置的具體設(shè)計思路和步驟,并用該方法設(shè)計出一套用于車削的高頻EVC裝置和一套用于輔助激光加工的橢圓振動裝置。所提出設(shè)計方法主要包括以下內(nèi)容:柔性鉸鏈的選型、空間結(jié)構(gòu)設(shè)計以及尺寸計算,壓電驅(qū)動單元的設(shè)計,ABAQUS動力學(xué)和靜力學(xué)有限元仿真。本文還基于ABAQUS對裝置進(jìn)行輕量化設(shè)計,對工作頻率進(jìn)行優(yōu)化。3.所設(shè)計兩中橢圓振動裝置均引入了平行結(jié)構(gòu),目的在于減小兩個運(yùn)動軸之間的運(yùn)動耦合以及減小兩組壓電疊堆的相互干擾。任意一組壓電不受另一組壓電剪切力的影響,減小了側(cè)向運(yùn)動對壓電疊堆的損害。設(shè)計出用于激光加工的橢圓振動裝置的實(shí)測耦合率為1.6%和2.5%。4.完成所設(shè)計兩個裝置的離線性能測試,驗(yàn)證了本文中橢圓振動裝置設(shè)計方案的可行性和良好的實(shí)際工作性能。激光用橢圓振動裝置在X軸和Y軸的最大行程均為7.6μm,運(yùn)動分辨率均達(dá)到了10nm;工作頻率可以達(dá)到600Hz。用于車削的裝置實(shí)現(xiàn)橢圓振動的最大長軸可以達(dá)到4μm;最大的工作頻率為1600Hz。這些性能指標(biāo)均已經(jīng)滿足所設(shè)計裝置對行程、運(yùn)動精度和工作頻率的要求。5.對于激光用橢圓振動裝置,測試了其生成高精度橢圓運(yùn)動的能力。本文分別在開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種工作方式下實(shí)現(xiàn)對橢圓振動裝置的運(yùn)動控制。所設(shè)計閉環(huán)控制的控制器為PID型,整定參數(shù)后的系統(tǒng)具有良好的動力學(xué)性能。該裝置實(shí)現(xiàn)橢圓運(yùn)動長軸的范圍為20nm到7.8μm。除了對橢圓運(yùn)動尺度范圍進(jìn)行測試外,還對不同縱橫軸比的橢圓運(yùn)動進(jìn)行測試,均達(dá)到了較高的運(yùn)動精度。6.對于車削用橢圓振動裝置,本文利用該裝置生成改進(jìn)型橢圓振動。論文首先從微觀幾何角度分析了EVC形成切削殘高的機(jī)理,提出了改進(jìn)型橢圓振動加工(MEVC)。用MEVC方式在1000Hz工作頻率下,對黃銅棒料進(jìn)行了端面車削。用顯微鏡對加工后表面進(jìn)行觀察,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,橢圓運(yùn)動軌跡改進(jìn)可以提高加工表面質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】：橢圓振動 裝置設(shè)計方法 ABAQUS 切削殘高 MEVC 運(yùn)動解耦
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG502.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題研究背景和研究意義10-13
• 1.2 橢圓振動輔助加工的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-21
• 1.2.1 振動輔助加工的發(fā)展歷史13-15
• 1.2.2 共振型EVC裝置的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.3 非共振型EVC裝置的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3 研究目的和研究內(nèi)容21-22
• 第2章 橢圓振動的工作原理22-34
• 2.1 二維并聯(lián)型橢圓振動裝置數(shù)學(xué)原理22-27
• 2.2 激光加工對橢圓振動裝置性能參數(shù)要求27-29
• 2.3 改進(jìn)型橢圓運(yùn)動輔助切削29-33
• 2.3.1 EVC加工殘高的構(gòu)成29-31
• 2.3.2 EVC加工殘高的去除31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第3章 橢圓振動裝置的設(shè)計和分析34-62
• 3.1 柔性鉸鏈類型選型和尺寸估算35-45
• 3.2 壓電疊堆驅(qū)動單元的研究45-51
• 3.3 橢圓振動裝置的總體設(shè)計51-53
• 3.3.1 用于激光加工的橢圓振動輔助加工裝置51-52
• 3.3.2 用于車削加工的橢圓振動輔助加工裝置52-53
• 3.4 柔性裝置性能參數(shù)有限元分析及優(yōu)化53-61
• 3.4.1 靜力學(xué)分析結(jié)果57-60
• 3.4.2 模態(tài)分析結(jié)果60-61
• 3.5 本章小結(jié)61-62
• 第4章 橢圓振動裝置性能測試62-76
• 4.1 橢圓振動裝置靜力學(xué)性能測試64-68
• 4.1.1 靜力學(xué)性能-剛度64-65
• 4.1.2 靜力學(xué)性能-最大行程65-66
• 4.1.3 靜力學(xué)性能-運(yùn)動分辨率66-67
• 4.1.4 靜力學(xué)性能-運(yùn)動耦合率67-68
• 4.2 橢圓振動裝置動力學(xué)性能分析68-75
• 4.2.1 動力學(xué)性能-幅頻特性69-73
• 4.2.2 動力學(xué)性能-閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的測試73-75
• 4.3 本章小結(jié)75-76
• 第5章 橢圓運(yùn)動控制和車削試驗(yàn)76-90
• 5.1 激光加工用橢圓振動裝置運(yùn)動的精確控制76-82
• 5.1.1 開環(huán)橢圓運(yùn)動控制和監(jiān)控76-77
• 5.1.2 閉環(huán)橢圓運(yùn)動控制和測量77-82
• 5.2 車削用橢圓振動裝置的運(yùn)動改進(jìn)和切削實(shí)驗(yàn)82-88
• 5.2.1 改進(jìn)型橢圓振動生成和測量82-84
• 5.2.2 改進(jìn)型橢圓振動切削實(shí)驗(yàn)84-88
• 5.3 本章小結(jié)88-90
• 第6章 總結(jié)90-92
• 參考文獻(xiàn)92-98
• 作者簡介及碩士期間的學(xué)術(shù)成果98-100
• 1.作者簡介98
• 2.學(xué)術(shù)成果98-100
• 致謝100-101

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本文編號：297671