平面凸轮CAD/CAM/CNC一体化磨削系统研究

论文摘要

凸轮是自动化机械的关键零件之一,随着自动化机械运行速度和动态性能的提高以及自动化机械的普及,对凸轮的加工精度和效率也提出了更高的要求,并且凸轮形状复杂、加工要求高,是机械制造领域里较难加工的零件。本文以工程实际中常用的平面凸轮为主要研究对象,就凸轮加工的基本理论、制造模式、加工设备、加工过程中力的控制以及凸轮毛坯的自动定位和在线检测等关键技术问题,进行了较为深入的研究。论文的主要内容如下:分析了生产实际中常用的凸轮加工方法,较系统地总结了凸轮加工中所涉及的机构学问题,包括常用凸轮加工过程中刀具中心的计算、切削点恒进给速度控制算法、凸轮的加速度分析和刀具半径补偿算法。凸轮机构运动学是凸轮加工技术研究的理论基础。其中刀具中心的计算和切削点恒速度控制等内容用于凸轮数控加工程序编制过程中。提出了凸轮CAD/CAM/CNC一体化制造系统的概念,研究了系统的体系结构,指出了系统的支撑技术,为单件小批量复杂零件的制造提供了一种新的制造模式。为了进一步研究这一制造模式,开发了能够实现平面凸轮CAD/CAM/CNC一体化加工的原型系统。该系统的研发过程中涉及的主要单元技术是:基于PC的开放式数控系统,加工过程的实时仿真,参数化数控编程,基于计算机视觉的凸轮自动定位和在线检测,磨削力适应控制等。该系统为深入研究CAD/CAM/CNC一体化制造模式提供了研究平台,是本文的主要研究内容。开发了凸轮CAD/CAM/CNC一体化制造制造系统中凸轮毛坯自动定位和在线检测以及磨削力适应控制两个功能模块。指出了凸轮磨削过程中毛坯自动定位、凸轮在线检测以及模削力适应控制的必要性,阐述了凸轮毛坯自动定位、凸轮在线检测以及磨削力适应控制的基本原理、实现方法和相应功能模块的软硬件设计。阐述了凸轮CAD/CAM/CNC一体化制造制造系统的调试过程、凸轮磨削实验、凸轮毛坯自动定位和在线检测实验,实验结果验证了本文的技术观点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 凸轮加工技术现状与发展趋势
• 1.1.1 凸轮机构及其应用
• 1.1.2 凸轮加工方法
• 1.1.3 凸轮加工技术的研究现状及发展趋势
• 1.2 选题的目的和意义
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文结构与内容
• 第2章 凸轮加工的数学模型
• 2.1 平面凸轮加工原理
• 2.1.1 直动仿形加工原理
• 2.1.2 摆动仿形加工原理
• 2.1.3 平面凸轮的数控加工
• 2.2 平面凸轮加工刀具中心轨迹的计算
• 2.2.1 直动滚子从动件凸轮机构刀具中心的计算
• 2.2.2 摆动滚子从动件凸轮机构刀具中心的计算
• 2.2.3 根据凸轮轮廓坐标计算刀具中心轨迹
• 2.3 凸轮加工中的恒速控制
• 2.3.1 直动仿形加工中的恒速控制
• 2.3.2 摆动仿形加工中的恒速控制
• 2.3.3 凸轮加工过程中的加速度分析
• 2.4 刀具半径补偿
• 2.4.1 刀具半径误差对凸轮轮廓精度的影响
• 2.4.2 刀径差的补偿方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 平面凸轮CAD/CAM/CNC 一体化磨削系统
• 3.1 CAD/CAM/CNC 一体化加工系统概念的提出
• 3.1.1 CAD/CAM/CNC 一体化加工系统的概念模型
• 3.1.2 平面凸轮CAD/CAM/CNC 一体化磨削系统的结构
• 3.1.3 CAD/CAM/CNC 一体化加工系统的支撑技术
• 3.2 凸轮CAD/CAM/CNC 一体化磨削系统的硬件构成
• 3.2.1 硬件系统的总体方案
• 3.2.2 主要子系统简介
• 3.3 凸轮CAD/CAM/CNC 一体化磨削系统的软件系统
• 3.3.1 软件系统的体系结构
• 3.3.2 软件功能模块简介
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于计算机视觉的平面凸轮的自动定位与在线检测
• 4.1 凸轮自动定位与在线检测的必要性
• 4.2 凸轮毛坯自动定位与在线检测原理
• 4.2.1 凸轮毛坯的自动定位原理
• 4.2.2 激光线中心的提取
• 4.2.3 凸轮向径的计算
• 4.2.4 凸轮毛坯的自动定位
• 4.2.5 凸轮轮廓的在线测量
• 4.3 凸轮毛坯自动定位与在线测量系统
• 4.3.1 硬件组成
• 4.3.2 软件系统
• 4.4 本章小结
• 第5章 凸轮磨削中磨削力适应控制
• 5.1 凸轮磨削中磨削力控制的意义和方法
• 5.1.1 凸轮磨削中磨削力控制的意义
• 5.1.2 凸轮磨削中磨削力的手动控制方法
• 5.1.3 凸轮磨削中磨削力的适应控制方法
• 5.2 凸轮磨削系统的数学模型
• 5.2.1 系统微分方程
• 5.2.2 系统的传递函数和框图
• 5.2.3 数学模型中参数的确定
• 5.3 磨削力适应控制器设计
• 5.3.1 PID 控制器设计
• 5.3.2 模糊控制器设计
• 5.4 磨削力适应控制系统仿真研究
• 5.4.1 系统仿真与MATLAB 的Simulink 工具
• 5.4.2 PID 控制系统的仿真研究
• 5.4.3 模糊控制器的仿真研究
• 5.5 本章小结
• 第6章 凸轮CAD/CAM/CNC 磨削系统实验研究
• 6.1 试验系统的调试
• 6.1.1 系统调试步骤与方法
• 6.1.2 数控系统的调试
• 6.1.3 数控系统的联机调试
• 6.1.4 数控机床的功能测试
• 6.2 凸轮磨削试验与检测
• 6.2.1 凸轮磨削试验
• 6.2.2 凸轮试件检测结果
• 6.3 凸轮毛坯自动定位实验
• 6.3.1 检测工件与检测设备
• 6.3.2 数据处理
• 6.3.3 实验结果分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介