大型落地镗铣床主轴箱液压系统的设计与研究

论文摘要

落地镗铣床作为一种高效率、高精度的大型装备,在现代工业生产中发挥着极其重要的作用,是水电大型外壳、大型压力机等超大型复杂工件加工过程中不可缺少的加工设备。本论文结合为海天精工机床集团HTM-F1-160型落地式镗铣床配套设计的机床液压系统这一实际项目,系统性的研究了将电液比例技术应用于大型落地式镗铣床主轴箱平衡及补偿系统的方法,探索了大型落地镗铣床方滑枕挠曲变形补偿措施,从而有效实现了落地镗铣床工作过程中主轴箱的动态平衡及“低头”补偿,保证了落地镗铣床的加工精度,提高了机床的使用寿命。论文主要内容为：第一章绪论部分介绍相关的背景知识,包括落地镗铣床的发展现状、趋势及影响落地镗铣床加工精度的主要环节。此外对电液比例技术的发展过程也进行了简要回顾。第二章对机床垂直运动部件的几种常用平衡方法进行了比较,详细分析了此落地镗铣床主轴箱的工作要求,并根据工作要求进行了主轴箱液压平衡系统方案设计及液压元器件选型,对蓄能器平衡过程中的相关参数也进行了详细分析计算。第三章对主轴箱滑枕伸出时的“低头”现象成因进行了详细分析,对消除低头现象的几大措施做了详细说明,并根据相关工作要求进行了液压补偿系统方案设计及液压元器件选型,同时对选用的位移传感器及比例放大器也做了详细介绍。第四章采用液压仿真软件DSHplus进行主轴箱平衡系统及倾斜补偿系统建模和仿真,验证了方案设计及选型的正确性。为了测试DSHplus与Simulink建模仿真上的差异,在Simulink环境下采用基于微分方程的方法进行了主轴箱倾斜补偿系统重新建模和仿真,并对两种建模方法的仿真结果进行了对比分析。第五章研究了基于幅值裕度和相位裕度采用继电反馈算法进行PID整定的方法,根据算法原理,采用MATLAB语言编制了算法程序,应用DSHplus与Simulink联合仿真技术,对此算法进行了验证。第六章对本文的主要工作进行了总结,并对下一步的研究工作做了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外落地式镗铣床发展现状及趋势
• 1.3 电液控制技术的现状与发展趋势
• 1.4 课题研究的目的和意义
• 1.5 论文主要研究工作
• 第2章 主轴箱液压平衡系统设计
• 2.1 HTM-F1-160落地镗铣床简介
• 2.2 几种常见平衡方法的比较
• 2.2.1 配重锤平衡
• 2.2.2 蓄能器平衡
• 2.2.3 压力控制阀平衡
• 2.3 主轴箱平衡系统设计
• 2.3.1 工作要求
• 2.3.2 方案设计
• 2.3.3 平衡用蓄能器相关参数计算
• 2.3.4 液压元器件选型
• 2.4 主轴箱平衡系统创新设计
• 2.4.1 三通比例减压阀简介
• 2.4.2 方案设计及元器件选型
• 第3章 主轴箱补偿系统设计
• 3.1 主轴箱倾斜补偿系统设计
• 3.1.1 主轴箱受力分析
• 3.1.2 方案设计
• 3.1.3 液压元器件选型
• 3.2 滑枕挠曲变形补偿系统设计
• 3.2.1 主轴滑枕的变形分析
• 3.2.2 方案设计
• 3.2.3 液压元器件选型
• 3.3 电子元器件的选择
• 3.3.1 位移传感器
• 3.3.2 比例放大器
• 第4章 液压系统建模及仿真
• 4.1 液压仿真软件概述
• 4.2 主轴箱平衡系统建模仿真
• 4.2.1 主轴箱平衡系统DSHplus建模
• 4.2.2 元器件参数的设定
• 4.2.3 主轴箱平衡系统模型仿真
• 4.3 主轴箱倾斜补偿系统建模仿真
• 4.3.1 基于微分方程建模仿真
• 4.3.2 运用DSHplus建模仿真
• 4.3.3 两种建模方法仿真结果的比较
• 第5章 继电反馈辨识及PID自整定仿真
• 5.1 PID控制器整定及应用现状
• 5.2 继电反馈辨识算法简介及运用
• 5.2.1 继电反馈辨识算法简介
• 5.2.2 继电反馈辨识算法的原理及运用
• 5.3 基于幅值裕度和相位裕度PID自整定及仿真
• 5.3.1 基于幅值裕度和相位裕度的PID参数整定原理介绍
• 5.3.2 Simulink与DSHplus联合建模仿真
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 主轴箱补偿系统主要液压元器件型号
• 附录B 参数辨识以及PID整定M函数
• 附录C SIMULINK命令行仿真脚本文件程序