基于工艺数据库的Olymball高效精密球体研磨机控制系统设计与开发

摘要

硬质材料精密球在精密工程领域发挥着重要的作用，它是各种精密测量仪器中的重要元件。但是由于传统研磨加工方法的机构复杂，控制精度不高，工艺数据的有效管理手段缺乏，存在成球质量一致性和稳定性较差，加工成本高，批量生产高球度的硬质材料球难度较大等问题，限制了硬质材料球的生产和应用。
　　 本文的研究工作是基于精密球新型研磨方式的基础研究，针对上述传统研磨加工方法的不足，设计和开发了高效精密球体研磨机控制系统的硬件和软件。该系统采用广域互联网，内部以太网以及现场CAN总线三层结构的整体结构。在加工载荷控制系统中，针对双自转研磨方式的主要控制参数一加工载荷，提出了自适应控制策略，解决了加工载荷实时精确的控制的问题；在工艺数据库系统中，对其进行了需求分析，设计了工艺数据库的概念结构和逻辑结构，构建了工艺数据库，解决了工艺数据不能有效管理，人工操作的不稳定性等问题，进而保证批量加工精度和质量的高一致性。最后在样机上通过Ф35mm硬质合金球为研制对象进行加工试验，其实验结果显示，采用所研制的设备可批量加工出高质量的硬质材料精密球，球度达到1μm，表面粗糙度Ra50nm，成球尺寸与球度一致性、稳定性好，初步实现了硬质材料精密球高效、高精度、高稳定性的研磨加工。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外对硬质材料球的研究情况

1.2.2 研磨成球的基本条件

1.2.3 传统的硬质材料球研磨方式

1.2.4 其他精密球体研磨方式

1.2.5 国内外对工艺数据库的研究情况

1.3 硬质材料球双自转研磨方式的提出

1.4 本文研究的意义

1.5 本文研究内容及论文结构安排

1.5.1 本文研究内容

1.5.2 论文结构安排

1.6 本章小结

第2章 加工机理及工艺参数

2.1 研磨球运动分析

2.1.1 自转角主动控制研磨方式下研磨球的运动分析

2.1.2 V形槽研磨方式下研磨球的运动分析

2.1.3 双自转研磨方式下研磨球的运动分析

2.1.4 双自转研磨方式的特点

2.2 工艺参数

2.2.1 主要工艺参数

2.2.2 其他工艺参数

2.3 本章小结

第3章 球体研磨机CAPP系统工艺数据库的技术研究与设计

3.1 工艺数据概述与工艺数据结构分析

3.1.1 工艺数据及其分类

3.1.2 工艺数据的特点

3.2 工艺数据的存储方式

3.3 工艺数据库系统数据源的准备

3.4 数据库设计的基本步骤

3.5 球体研磨机工艺数据库需求分析

3.6 球体研磨机工艺数据库概念设计

3.6.1 E-R图概述

3.6.2 设计局部E-R模型

3.7 球体研磨机工艺数据库逻辑设计

3.7.1 数据模型

3.7.2 E-R图向关系模型的转换

3.8 球体研磨机工艺数据库物理设计

3.9 本章小结

第4章 球体研磨机控制系统设计与实现

4.1 控制系统总体结构

4.1.1 CAN总线概述

4.1.2 工业以太网概述

4.1.3 球体研磨机控制系统总体结构

4.2 控制系统硬件设计与实现

4.2.1 嵌入式处理器

4.2.2 驱动器与电机

4.2.3 温度传感器

4.2.4 压力传感器

4.2.5 加速度传感器

4.3 控制系统软件设计

4.3.1 球体研磨机控制系统人机界面

4.3.2 自适应压力控制策略

4.3.3 CAN总线通信程序

4.4 本章小结

第5章 球体研磨机控制系统性能测试

5.1 精密球体研磨机主要电器性能指标

5.2 硬质合金球研磨实验

5.2.1 测量设备

5.2.2 加工工艺及参数的确定

5.2.3 加工结果及各个参数图表曲线

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 课题展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果