大型立式玻璃磨边机机械结构的力学分析与运动控制

论文摘要

大型立式玻璃磨边机是节能玻璃深加工的关键设备之一,用于把切割成型的玻璃的四边经过磨轮磨制成所需要的边型并避免人员划伤,以适合各种不同应用环境的需求。目前,国产大型立式玻璃磨边机尚属空白,长期依赖从瑞士、意大利、奥地利、韩国等经济发达国家进口,不仅耗费了大量的外汇,而且使用维护成本高。本课题的研究对加快大型立式玻璃磨边机的国产化进程,提高我国节能玻璃行业创新能力和装备水平,具有重要的推动作用。机械设备的振型和固有频率与其振动现象的发生有密切关。为了减小振动,避免共振并提高磨边机的磨边质量,就必须对其进行动态分析。在我们开发的新型数控立式磨边机中采用滚珠丝杠作为进给机构,在立式磨边机中,由于上磨头机构行程长,丝杠也相应较长,导致进给系统刚性和抗振性能下降,在磨边过程中容易导致磨边不均匀现象,并可能引起系统的颤振。本课题以大型立式玻璃磨边机的上磨头机构为研究对象,以机械结合部为研究重点,设计了结合部的动力学参数的识别实验,并在有限元分析软件ANSYS中建立了结合部的模型。通过刚性连接、弹簧阻尼连接的模型进行模态分析分析结果和模态试验结果对比,对比结果表明弹簧阻尼连接模型的模态分析结果更接近实测值,从而验证了弹簧阻尼连接模型的合理性。并得到了上磨头机构的前5阶固有频率和相应的振型。通过谐响应分析,模拟了磨边机在实际工作状态时的响应,提出了磨边机磨边过程中出现磨边不均匀的可能原因。本课题以磨边机的工艺流程为基础,根据磨边机的机械结构特点,构建了磨边机控制的硬件平台和软件平台。本系统采用“NC嵌入PC”的开放式数控系统,下位机采用IMAC作为运动控制器与上位机工业计算机(IPC)配合完成对磨边机的多轴控制以及通信、人机交互、显示与监视等任务。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外技术发展情况
• 1.2.1 国内技术发展情况
• 1.2.2 国外技术发展情况
• 1.3 机床动态特性
• 1.4 本课题研究的内容
• 第二章 结合部有限元模型的建立
• 2.1 机床结合部
• 2.2 结合部等效动力学参数识别
• 2.2.1 理论计算方法
• 2.2.2 实验识别法
• 2.2.3 理论建模与动态实验相结合的识别法
• 2.3 结合部的有限元模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 结合面参数识别实验
• 3.1 实验原理
• 3.1.1 单自由度系统的频响特性
• 3.2 实验平台
• 3.2.1 实验装置的性能及主要技术指标
• 3.3 模态分析方法和测试过程
• 3.3.1 激励方法
• 3.3.2 结构安装方式
• 3.3.3 变时基方法
• 3.3.4 测试过程及结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 上磨头机构动态特性的有限元分析
• 4.1 有限元法
• 4.1.1 有限元方法的分析过程
• 4.2 有限元分析软件ANSYS
• 4.2.1 ANSYS软件功能
• 4.2.2 ANSYS软件分析步骤
• 4.3 有限元建模
• 4.3.1 模型简化
• 4.3.2 单元类型的选择
• 4.3.3 网格划分
• 4.3.4 边界条件的设置
• 4.4 模态分析
• 4.4.1 模态分析基本原理
• 4.4.2 考虑结合面的模态分析结果
• 4.4.3 刚性连接模态分析结果
• 4.4.4 模态试验
• 4.5 谐响应分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 磨边机的运动控制
• 5.1 磨边机的工艺流程
• 5.2 磨边机控制系统的硬件描述
• 5.2.1 控制器
• 5.2.2 执行元件
• 5.3 磨边机控制系统的软件设计
• 5.3.1 运动程序的设计
• 5.3.2 上位程序的设计
• 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢