大型薄壁構(gòu)件鏡像加工的輪廓控制研究.pdf

1、隨著我國航天工業(yè)的蓬勃發(fā)展和航天任務(wù)的日漸復(fù)雜，對(duì)于運(yùn)載火箭運(yùn)載能力的要求日益提高。大尺寸薄壁結(jié)構(gòu)件是重載火箭、大型飛機(jī)等國家重大型號(hào)產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件。該類零件往往具有幾何尺寸大、剛度低、形狀不規(guī)則、材料去除比重高、加工周期長等制造特點(diǎn)。為滿足大型薄壁構(gòu)件的銑削加工要求，系統(tǒng)采用鏡像加工方式。
　　本文對(duì)薄壁構(gòu)件鏡像銑削加工裝備的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)，并針對(duì)系統(tǒng)串聯(lián)軸末端刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的輪廓控制進(jìn)行了研究。根據(jù)薄壁構(gòu)件鏡像加工裝備

2、的技術(shù)指標(biāo)與功能要求，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了整體規(guī)劃。基于開放式數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，采用“IPC+運(yùn)動(dòng)控制器”的控制結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)、全閉環(huán)伺服結(jié)構(gòu)及進(jìn)行了電機(jī)選型；設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的總體模塊化軟件結(jié)構(gòu)，包括用戶管理、運(yùn)動(dòng)控制和通訊模塊規(guī)劃。針對(duì)伺服系統(tǒng)在鏡像加工中的輪廓控制問題，將其簡(jiǎn)化為雙軸伺服系統(tǒng)的輪廓控制問題，提出了一種改進(jìn)的輪廓誤差估計(jì)模型并與經(jīng)典輪廓誤差估計(jì)模型進(jìn)行對(duì)比；提出了基于交叉耦合結(jié)構(gòu)的輪廓控制器用于提高輪廓控制

3、精度。采用 Matlab/Simulink軟件環(huán)境對(duì)多種輪廓誤差估計(jì)模型、是否采用交叉耦合結(jié)構(gòu)及采用多種輪廓誤差估計(jì)模型的交叉耦合輪廓控制器進(jìn)行了對(duì)比仿真，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)的輪廓誤差估計(jì)模型估計(jì)效果明顯更接近真實(shí)輪廓誤差值，基于改進(jìn)輪廓誤差估計(jì)模型的交叉耦合輪廓控制器能夠明顯提高系統(tǒng)輪廓控制精度。最后，為驗(yàn)證提出的改進(jìn)輪廓誤差估計(jì)模型的精確性及交叉耦合輪廓控制方法的有效性，采用了數(shù)控十字滑臺(tái)配合LabVIEW軟件環(huán)境的

4、雙軸伺服輪廓控制系統(tǒng)，并在其上進(jìn)行輪廓誤差估計(jì)和雙軸輪廓控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)的輪廓誤差估計(jì)模型能夠有效提高輪廓誤差估計(jì)效果，相比傳統(tǒng)切線法估計(jì)模型，改進(jìn)的輪廓誤差模型估計(jì)偏差平均值、最大值及均方根值分別減小了64.47%、52.89%和62.50%；基于改進(jìn)輪廓誤差估計(jì)模型的交叉耦合輪廓控制器能夠明顯提高系統(tǒng)輪廓控制精度，相比無交叉耦合結(jié)構(gòu)、基于切線法和內(nèi)切圓法的交叉耦合輪廓控制器，輪廓誤差均方根值分別減小了89.61%、48.3