数控粗加工过程中的机电动态特性研究

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在制造技术中,数控粗加工是提高加工效率和经济性的重要步骤。数控粗加工通常采用大切削深度和进给量,因此加工过程的动态性能比传统粗加工要复杂很多。改善数控粗加工的切削性能,提高加工效率一直是粗加工领域追求的目标。   本文首先针对数控粗加工过程的特点及其稳定性影响因素进行了分析,建立了粗加工再生型颤振的模型,通过粗加工切削过程的运动方程分析了粗加工过程的稳定性。粗加工颤振的预报与控制也是当前研究的一个重点,本文通过一种利用时域波形的不规则系数对颤振预报方法进行了初步的探究。   切削过程中存在着稳定、临界和颤振三种可能。本文通过建立一个模拟的切削颤振信号,通过颤振信号处理方法的研究对这个颤振信号进行了仿真处理,着重分析了信号方差和互相关数的描述意义和影响因素。仿真结果表明,随着信号由平稳向颤振状态过渡,信号的方差和互相关系数都相应地发生较大的变化,对颤振信号有较好的反应能力。针对数控粗加工的特点,对粗加工再生型颤振的运动方程进行了仿真,通过不同切削深度的仿真实验探求切削深度对系统颤振产生的影响。同时通过仿真来研究了切削用量三要素与颤振产生之间的关系。   数控粗加工机床伺服系统的三环设计关系到机床伺服系统的动态和稳态性能。本文结合粗加工过程对伺服系统电流环、速度环要求较大的特点,进行了粗加工条件下的三环设计。通过仿真结果表明,合适选择并确定电流调节器参数,可以在保证响应快速性的前提下抑制电流响应超调;合理选择速度环调节器参数,可使系统在保证快速响应的前提下防止振荡与超调;将位置环等效为一阶惯性环节可以满足系统需要。   最后介绍了模糊控制器设计的基本方法,并结合数控粗加工进给伺服系统稳定性受位置环增益大小影响的特点,将模糊控制PID调节器引入伺服系统的位置环,以适应数控粗加工过程的时变、大干扰、非线性等特点。仿真结果表明,模糊PID比常用PID控制具有更强的鲁棒性和抗干扰能力,可以在粗加工中获得更大极限切削宽度,使数控机床伺服系统具有优良的动态特性。
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