天线罩精密修磨机床关键技术研究

论文摘要

天线罩是超高速飞行器天线系统的重要组成部件,为了满足其电性能要求,大连理工大学提出了通过调整天线罩几何厚度分布来补偿材料介电常数偏差的天线罩电性能补偿方案,成功研制了天线罩内廓面精密修磨机床。但是,原有的第一代、第二代修磨机床的控制系统、主轴系统、对刀方式、数据处理方式等环节无法满足更高效率、更高精度的加工要求。因此,有必要在借鉴已有技术的基础上,研制新一代的天线罩精密修磨专用机床。根据新一代高精度修磨机床的加工精度（≤5μm）和速度要求,设计了机床进给伺服系统;优化改进了具有细长几何特征的原主轴系统,设计了新主轴系统,并在ANSYS下进行了数值分析。基于修磨机床“一机两工位”的体系结构,构建了“Galil控制器+IPC”的双CPU专用数控系统,解决了原系统不能实时调整机床进给速度的问题;引入声发射（AE）装置,解决了修磨过程中的精密对刀问题,并为下一步的磨削过程监测研究提供了可行的技术基础;利用Galil控制器的高速位置锁存功能,设计了天线罩测量系统,优化了测量路径;利用VC开发了系统上位机接口软件、编制了下位机控制程序。研究了一种高精度、高效率的数据处理方法,相比原系统采用的数据处理方法,该方法在处理时间和精度上都得到了满意的结果;根据天线罩在母线方向曲率变化特点,改进了磨削轨迹计算方法,解决了以等距截面环切刀具轨迹规划生成的加工程序过长、效率偏低的问题。为满足高精度的加工要求,结合模糊控制器在机床控制系统参数调节中的应用,设计了PID参数模糊自整定控制器,并进行了仿真研究。进行了系统联调和精度测试。分析和检测了天线罩测量系统精度和重复测量精度,结果表明机床测量系统精度较高;利用激光干涉仪检测了机床控制精度;进行了对刀精度实验。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 论文选题背景

1.1.1 天线罩概述

1.1.2 天线罩修磨理论依据

1.2 天线罩国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 需改进优化部分

1.4 课题主要研究内容

2 修磨机床系统总体方案及机械系统设计

2.1 精密修磨系统总体方案

2.2 机床进给伺服系统设计

2.3.1 导轨选型

2.3.2 滚珠丝杆选型

2.3.3 伺服电机选型

2.3 主轴系统设计

2.4 本章小结

3 机床控制系统设计

3.1 机床数控系统设计

3.1.1 基于运动控制器的开放式数控系统

3.1.2 双CPU数控系统

3.1.3 数据交互原理

3.2 声发射监测系统设计

3.3 内廓面精密测量系统

3.4.1 自由曲面精密测量概述

3.4.2 内廓面测量方法

3.4.3 测量路径选择

3.4.4 测量数据采集

3.4 控制系统总体结构

3.5 本章小结

4 数据处理技术研究

4.1 系统数据处理任务分析

4.2 测量数据预处理

4.3 内廓面建模技术

4.3.1 自由曲线曲面数据处理

4.3.2 密集数据点群曲面数据处理技术

4.3.3 双三次样条局部插值技术

4.3.4 效率及精度分析

4.4 刀具轨迹生成方法分析

4.4.1 常用刀具轨迹生成方法

4.4.2 内廓形刀具轨迹规划

4.5 不等距截面环切刀具轨迹规划实现

4.5.1 等残留高度法确定磨削行距

4.5.2 步长筛选法确定周向步长

4.6 磨头中心轨迹求取

4.7 本章小结

5 进给系统PID 参数模糊自整定技术研究

5.1 PID参数模糊自整定理论基础

5.1.1 传统 PID算法

5.1.2 模糊控制理论基础

5.2 伺服系统建模

5.2.1 电气部分模型

5.2.2 机械部分模型

5.2.3 伺服系统整体模型

5.3 PID参数模糊自整定控制器的设计

5.3.1 模糊控制器设计原理

5.3.2 模糊控制器的实现

5.4 模糊控制器仿真

5.5 本章小结

6 系统软件实现

6.1 数据处理系统软件实现

6.1.1 数据处理系统结构设计

6.1.2 数据结构设计

6.1.3 数据处理界面

6.2 下位机软件实现

6.2.1 机床PLC程序实现

6.2.2 测量程序实现

6.2.3 修磨程序实现

6.3 本章小结

7 机床性能参数分析与检测

7.1 测量系统精度分析与检测

7.1.1 测量系统精度分析

7.1.2 测量系统测量重复精度检测

7.2 机床直线轴精度检测

7.3 对刀精度实验

7.4 本章小结

结论

参考文献

附录A 模糊控制仿真模型

附录B 下位机程序

附录C 天线罩修磨机床实物照片

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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