螺旋铣末端执行器偏心控制系统设计方案研究

摘要

螺旋铣孔是一种融合传统钻削和铣削的新型制孔工艺，在加工航空难加工材料时表现出了高质量、高效率和低成本等优势。浙江大学飞机数字化装配技术团队研制了一种集制孔和锪椭圆窝于一体的新型螺旋铣孔设备，其偏心量调整系统采用半闭环结构，从电机输出到主轴产生偏心移动的传递路线复杂，精度保证困难。本文针对偏心量调整机构传动链长、误差多的特点，构建以偏心量实时测量数据为基础的偏心量调整系统全闭环控制方案，并进一步提出中心轴和公转轴的同步与差速控制方法实现偏心量实时调整，为螺旋铣制孔过程中的孔径实时补偿奠定技术基础。具体研究内容如下:
　　第一章绪论，介绍论文研究背景，综述螺旋铣孔技术的国内外发展概况和多轴同步控制技术的研究现状。
　　第二章描述螺旋铣孔末端执行器的基本机械结构和系统软硬件构成，详细剖析偏心量调整系统的机械结构和控制方式，分析偏心量调整中存在的精度和效率问题。
　　第三章结合偏心量调整机构中主轴套筒与长度计的位置关系，构建基于长度计和公转轴电机转角测量数据的偏心量实时反馈控制系统，并通过仿真验证该系统的定位精度和定位保持能力。
　　第四章建立中心轴、公转轴机械耦合运动系统，解析两轴运动控制与偏心量调整的映射关系，设计两轴同步与差速控制策略。在MATLAB/Simulink环境下进行两轴同步与差速控制系统仿真研究，结果表明:两轴同步运动时，偏心量的稳态误差在0.002mm以内;差速运动时，偏心量逐渐变化，稳态误差为0.006mm。
　　第五章构建螺旋铣孔末端执行器实验平台，辨识主轴套筒表面轮廓。实时获取长度计读数和公转轴电机转角进行偏心量实时反馈实验，实验结果表明:在公转速度为10r/min时，不同偏心量下的实时反馈误差在0.01mm之内。
　　第六章对论文的研究工作进行总结，并对进一步研究进行展望。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景

1．2 螺旋铣孔技术研究现状

1．2．1 螺旋铣孔技术

1．2．2 螺旋铣孔技术国外发展状况

1．2．3 螺旋铣孔技术国内发展状况

1．3 多轴同步控制技术研究现状

1．4 论文主要研究内容

第二章 螺旋铣孔末端执行器及其偏心调整原理

2．1 螺旋铣孔末端执行器

2．1．1 螺旋铣孔末端执行器系统构成

2．1．2 螺旋铣孔末端执行器控制系统硬件

2．1．3 螺旋铣孔末端执行器控制系统软件

2．2 螺旋铣孔孔径精度分析

2．3 螺旋铣偏心量调整系统

2．3．1 偏心量调整实现机构

2．3．2 偏心量调整控制系统

2．4 偏心量调整系统问题分析

2．4．1 偏心量调整精度

2．4．2 偏心量调整效率

2．4．3 偏心量调整时机

2．5 本章小结

第三章 偏心量调整控制系统设计

3．1 偏心量调整控制系统方案

3．2 偏心量实时反馈

3．3 主轴套筒表面轮廓辨识

3．3．1 主轴套筒半径对长度计交化量的影响

3．3．2 主轴套筒表面状况对长度计交化量的影响

3．3．3 主轴套筒表面轮廓回归分析

3．4 偏心量闭环调整仿真研究

3．4．1 偏心量调整系统建模

3．4．2 仿真分析

3．5 本章小结

第四章 中心轴与公转轴的同步与差速控制

4．1 两轴转速与偏心量关系

4．2 控制策略

4．3 控制器设计

4．3．1 同步控制器设计

4．3．2 差速控制器设计

4．4 仿真研究

4．4．1 仿真模型建立

4．4．2 仿真结果与分析

4．5 本章小结

第五章 偏心量实时反馈实验与分析

5．1 实验系统组成

5．2 主轴套筒表面轮廓辨识实验

5．2．1 实验参数的确定

5．2．2 主轴套筒表面轮廓拟合

5．3 偏心量实时反馈实验

5．3．1 偏心量实时数据反馈与分析

5．3．2 偏心量数据滤波

5．4 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献