多轴数控机床轮廓控制关键技术研究

摘要

先进制造技术是世界上支撑各工业行业发展的主要因素之一，在国民经济的发展中占据着非常重要的地位，数控机床作为先进制造技术的工作母机，普及应用到工业加工中的各个方面。随着科学技术的发展，高精度的数控加工已不可或缺。为了提高产品的加工精度和加工质量，降低企业的开发成本赢得市场竞争力，有效地提高数控机床的轮廓运动精度，提高多轴数控机床轮廓控制的运动精度，研究多轴数控机床轮廓控制的关键技术具有较高的理论意义和实用价值。
　　本文针对多轴数控机床轮廓控制系统，从位置跟随控制、轮廓控制、交叉耦合控制、交叉耦合同步控制策略及误差补偿分配方法这几个方面进行了较深入的探讨。总结了多轴数控机床轮廓控制的相关理论及特点，给出了轮廓控制系统的误差机理的详细描述，得出了多轴数控机床轮廓控制策略;分析了零相差跟随控制的原理，针对系统动态特性存在一定的幅值误差以及数控加工的特点，应用了自适应零相差跟随控制和变增益零相差跟随控制实现了位置跟随控制的研究;建立了直线轮廓误差模型、圆弧轮廓误差模型和一般曲线的轮廓误差模型，分析了运动速度和增益系数对轮廓误差的影响，计算了轮廓误差的矢量，揭示了多轴数控机床轮廓控制系统的误差形成机理;研究了变增益交叉耦合控制的相关原理，设计了两轴数控机床变增益交叉耦合控制系统的结构原理图及建模仿真图，采用Matlab工具软件Simulink进行了圆形轮廓控制仿真实验;建立了多轴运动控制系统模型，提出了基于主从式和平衡式的交叉耦合同步控制策略，总结出了同系数、比例、任意比例误差补偿分配方法。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目的与意义

1．3 国内外研究现状与发展趋势

1．4 本文主要研究工作

2 多轴数控机床轮廓控制机理及策略分析

2．1 引言

2．2 轮廓控制概述

2．3 数控机床运动轨迹的控制原理

2．4 轮廓控制系统的两种误差机理分析

2．5 多轴数控机床轮廓控制策略

2．6 本章小节

3 位置跟随控制研究

3．1 引言

3．2 零相差跟随控制原理

3．3 自适应零相差跟随控制

3．4 变增益零相差跟随控制

3．5 本章小结

4 轮廓误差研究

4．1 引言

4．2 直线插补运动的轮廓误差

4．3 圆弧插补运动的轮廓误差

4．4 一般曲线轮廓误差分析

4．5 两轴曲线运动轮廓误差的矢量估计

4．6 空间轮廓误差的矢量估计

4．7 本章小结

5 基于Simulink的变增益交叉耦合控制建模仿真

5．1 引言

5．2 交叉耦合控制概述

5．3 交叉耦合控制系统结构设计

5．4 采用交叉耦合控制器的建模仿真

5．5 本章小结

6 交叉耦合多轴同步控制策略及误差补偿分配方法研究

6．1 引言

6．2 系统模型

6．3 主从式同步控制策略

6．4 平衡式同步控制策略

6．5 耦合位置误差

6．6 误差补偿分配方法

6．7 本章小节

7 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况