串并混联叶片抛磨机床的研究论文.docVIP

第1章 绪 论 制造装备是汽车、能源动力设备、航空航天等重要工业领域发展的基础，制造装备水平关系到产品质量和生产效率。20世纪50年代，美国麻省理工学院开发出世界上第一台数控机床。经过半个多世纪的发展，数控装备的水平不断提高，已经广泛应用于工业生产的各种场合，大大提高了产品质量和生产效率。数控装备集机械、计算机、伺服控制、微电子等技术于一体，是一种高附加值、高技术产品，代表着一个国家制造业水平。目前国内数控装备应用领域仍不够广泛，在叶片等复杂曲面精整加工方面基本没有数控装备，仍以工人手工完成为主，与国外有一定差距。研究适用于这些领域的数控装备，对进一步提高我国制造业水平有重要意义。 1.1 课题研究背景及意义 1.1.1 课题研究背景 随着工业高速发展，煤炭、石油等化石能源消耗量激增，其有限的储备量难以满足人类日益增长的需求。因此，在世界范围内掀起了新能源、可再生能源的热潮，比如太阳内、风能、水能、地热能、核能等新能源与化石能源相比二氧化碳排放量几乎为零，对环保有意义。我国在水能、风能方面具有很大优势，水力资源居世界首位、风力资源居世界第三位。 水轮机、风机等能源动力设备，属于能源动力设备的关键零部件质量直接响设备。 叶片制造过程一般分为三个阶段，首先通过铸造、锻造、板材冷轧或热挤压获得毛坯，然后利用多轴联动数控加工中心铣削达到要求的尺寸和形状精度，最后经打磨抛光提高表面质量达到使用要求。针对叶片成形加工，国内外已有多个单位开发出相应的数控机床。鲁南机床集团开发出VHP800-5AX五轴叶片加工中心，江苏新瑞重工科技有限公司开发出V5X1800型五轴联动叶片加工中心，北京机电院高技术股份有限公司开发出XKH1600型五轴联动叶片加工中心[1]，、清华大学与齐齐哈尔第二重型机床厂合作研制出XNZ2430型重型龙门式五轴混联机床[2]，该机床适合于大型水轮机叶片铣削加工。意大利C.B.Ferrari公司和瑞士Willermin公司分别研制出A172型和W518TB型叶片加工中心 [3,4]。图1.1所示是以上几种适合于叶片加工的机床。针对叶片磨抛加工，C.B.Ferrari公司研制了MY13型五轴数控砂带磨床[4]，德国Metabao公司开发出六轴五联动数控砂带磨床，如图1.2所示。杭州机床集团公司、重庆三磨海达磨床、武汉华中数控股份有限公司也开发出一批数控砂带磨床。 图1.1 国内外几种叶片加工机床 图1.2 国外研制的砂带磨床 1.1.2 课题研究意义 欧美工业发达国家在叶片自动化磨抛加工装备研制方面取得了大量成果，如数控砂带磨床、机器人砂带磨抛系统，并广泛应用于工业生产，大大提高了生产效率和产品质量。目前我国叶片磨抛加工主要还是通过完成，劳动强度大、效率低、工作条件恶劣限制了叶片制造向高效率、高方向发展。因此，研究叶片磨抛加工数控机床对提高我国制造业水平国际竞争力具有重要意义。 本论文研究内容正是依托于这样的背景，着眼于混联式叶片磨抛机床控制系统的研究与开发 1.2 国内外研究现状 1.2.1 并联机床的产生与研究进展 1994年美国芝加哥国际机床博览会上，美国、瑞士等国家的一些公司展出了Stewart数控机床样品，从此这种并联机构机床引起了世界范围的关注。并联机床。 常见的并联机构都是基于静平台、动平台、驱动杆这种空间构型。美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的J. Dong、C. Yuan等[]设计了一种新并联X-Y工作台，如图3(a)所示。运动学是线性的，运动控制不需要逆运动学模型，避 图1.3 新型并联机构及并联机床 逆运动学模型是并联机构运动控制的基础通过标定控制器中逆运动学模型几何参数的值可以减少由几何变换引起的误差。法国学者H.Chanal、E.Duc等[]提出了一种并联机构几何参数标定方法。他们把实际刀具轨迹和理论计算刀位点之间的距离定义为一个函数，使该函数取得最小值的各几何参数的值即为标定值。由于该标定方法是通过测量特定的刀具位置实现，因此测量中的噪声机床热塑性变形会引起误差。待标定参数越多，误差对刀具位置精度影响越大。因此，H.Chanal、E.Duc等[]又提出简化逆运动学模型，把模型中几何参数由42个减少为28个。对比分析全参数逆运动学模型和简化逆运动学模型对加工行为的影响逆运动学模型参数可使机床几何行为更具鲁棒性 机床加工精度受加工过程中的振动影响很大，传统振动误差补偿方法需要增加一个补偿执行机构来实现。德国机床与制造工程实验室的C.Brecher、M.Weck、T.Yamasaki[]提出用集成控制器法来补偿并联机床振动该方法不需要额外增执行机构等。在控制系统中加入一个补偿模块包括频率调整、相位调整和振幅调整三个子模块把负载端信号经补偿模块处理后作为补偿信号，由位置环比较点输入