异形螺杆铣削过程的迭代学习控制研究

论文摘要

异形螺杆数控加工程序编制时,由于异形螺杆的几何廓形复杂,切削用量难以计算。目前,还没有此类工件切削用量的计算方法,因此编制数控程序时的切削用量只能凭经验或参考切削用量手册,使得包络法难以充分发挥其加工效率。 本文针对异形螺杆加工特点,建立了异形螺杆铣削过程迭代学习控制系统。通过检测主轴电机的功率信号并把它作为控制目标,按照所设计的控制律调整切削速度。实现了在满足工件表面质量的前提下提高加工效率的目的。 异形螺杆加工过程中,工件端面廓形的基本特点决定了反映切削状态的物理量,如切削功率、振动和噪声等,呈周期性变化,从而使得迭代学习控制能够在加工过程中得以实现。本文在分析对比各状态信号后,提出用切削功率信号作为状态量以检测加工过程的变化。该信号检测方便,易于在生产实践中实现。 文中分析了异形螺杆加工过程中工件表面质量、切削功率以及进给速度三者之间的关系,并论证了通过对加工过程中进给速度的调整来提高异形螺杆加工效率的可行性。在此基础上将迭代学习控制思想和控制策略引入异形螺杆控制系统,采用该控制系统对异形螺杆铣削过程进行控制,达到了令人满意的控制效果。 本文建立的迭代学习控制系统是在工件表面质量和主轴电机额定功率双重约束下对进给速度加以确定并进行优化调整,它有效地提高了异形螺杆的加工效率,且该系统适用于各种廓形异形螺杆的加工过程。此系统是将迭代学习控制运用到异形螺杆控制系统的一次尝试,是异形螺杆加工过程控制领域的一次新探索。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 异形螺杆铣削加工中存在的问题
• 1.1.2 本课题的提出
• 1.2 加工过程的控制研究现况及发展趋势
• 1.2.1 自适应控制（AC）
• 1.2.2 智能控制（A1）
• 1.2.3 加工过程控制方法的发展趋势
• 1.3 本课题的意义
• 2 控制方案的确定
• 2.1 现行异形螺杆铣削加工的特点
• 2.1.1 无瞬心包络法加工原理
• 2.1.2 无瞬心包络法的特点
• 2.2 铣削加工分析
• 2.3 控制方案的确定
• 2.4 切削模型的建立
• 2.4.1 切削过程的理论分析
• 2.4.2 传递函数的建立
• 3 迭代学习控制
• 3.1 迭代学习控制的概述
• 3.2 迭代控制算法
• 3.3 迭代学习控制器的分析
• 3.3.1 铣削迭代学习控制器的原理及仿真
• 3.3.2 迭代学习控制中存在的问题
• 4 迭代学习控制中的数据采集及相关问题的解决
• 4.1 铣削过程中的数据采集
• 4.1.1 功率信号的检测
• 4.1.2 电压信号的整流与滤波
• 4.1.3 采样过程的编制
• 4.2 铣削过程中的采样时机问题
• 4.3 采样结果及分析
• 5 铣削过程控制系统的实现
• 5.1 铣削系统的系统构造
• 5.2 铣削过程迭代控制算法编制
• 5.2.1 迭代控制算法的程序流程
• 5.2.2 程序编制中的注意事项
• 5.3 异形螺杆铣削过程迭代学习控制实例
• 6 结论
• 参考文献
• 附录A 数控加工程序
• 在学研究成果
• 致谢