非圆截面车削系统的控制与仿真研究.pdf

信息技术
沈杰,等·非圆截面车削系统的控制与仿真研究
丰园説面车系統的等真研究
沈杰,李国平,韩同鹏,王路伟
宁波大学工学院,浙江宁波3]5211)
摘要:根据衍生式数控系统的原理,采用压电陶瓷执行器驱动的直线伺服执行机构为衍生模
块,扩展普通数控年床,使之具备除通用数控车削功能外,还能加工非圆截面的功能,根据非圆
截面形状数据及其相应的控制程序加工出所需的非圆截面,在实际加工前通过仿真模拟检验
非圆截面加工程序是否正确,保证加工的准确性。
关键词:非圆截面车削;直线伺服控制系统;加工仿真
中图分类号:TmH16;TG5l;IP391.9文献标志码:B文章编号:1671-5276(2010)01007-02
Study of Control and Simulation of Non-circular Cross-section Turning System
SHEN Jie, LI Guo-ping, HAN Tong-peng, WANG Lu-wei
Faculty of Engineering, Ningbo University, Ningbo 315211, China)
Abstract: According to the princile of the erived CN s st m a linear e executing aeny riven by piezoelectric ceramic ac
tator is used to expand the traditional NC system as the new derived CNC s stem which can have the function of non-circular
cross-section uming besides the rig nal turin of common CNC system and can accomplish require non-circular cross-section on
the basis of shape data of on-car cross-secton an coronin con prce. Before actual tuming, the simulation can
be used to verify whether the turning procedure is correct and to ensure the accuracy of turning
Key words: non-circular cross-section turning; linear servo control system; tuming simulation
位和进给精度。同时该执行机构上布置有非接触式电涡
0前
流传感器,检测伺服执行机构实际的输出位移,通过控制
系统实现刀具位置的闭环控制,以完成刀具的微定位功
般情况下车床是用来切削圆形截面零件的,不能用能,还可以实现对切削振动的有效控制。
于加工非圆截面轮廓。非圆截面轮廓的工件一般可以通
过仿形加工完成,但存在着加工效率低、靠模准备周期长
调整复杂及加工精度低的缺点,而磨削、铣削及特种加工
则存在着加工成本高、加工效率低的缺点。因此,研究非
圆截面零件的精密高效的车削加工方法具有非常重要的
意义。按照主轴的转动周期来同步控制刀具在工件径向
(横向)上的位移,则可以加工出非圆截面形状的工件。
实际加工前,通过计算机模拟刀貝的进给检验非圆截面车
削控制程序是否正确,既避免加工出错,造成机床损坏、人
件;2传感器;3车刀;4一柔性铰链
5执行器;6一刀架体
身伤害的危险,又提高了加工效率。
图1非圆截面车削直线伺服执行机构
1非圆截面车削加工系统结构
非圆截面数控车削加工系统的总体结构如图2所
非圆截面的车削通过x轴附加的高频响直线伺服执通过二级进给驱动实现非圆截面加工,x轴按数控程序设
行机构U轴高频往复加工实现,伺服机构如图1所示,该定拖动U轴一起完成毫米量级的进给动作,非园车削加
执行机构通过压电陶瓷微位移执行器驱动,压电陶瓷执行工的低量级位移跟踪动作通过じ轴来完成。低量级位移
器具有体积小、承载力大、精度高、位移分辦率高、可控性进给时,PC采集主轴编码器信号实时跟踪主轴转角,根据
强且频响高等综合特点,应用于超精密加工领域。机构中主轴运动角度以及加工前获得的非圆截面数摒,PC通过
设计的柔性饺链机构能把压电执行器的輸出位移进行放数据采集卡D/A输出控制电压经过放大驱动直线伺服执
大或缩小4倍,并且依靠储存在柔性铰链中的弹性能使刀行机构U轴进给实时调整刀具位置,传感器信号反馈检
具随着驱动器输出杆的收缩而退回,具有无机械摩擦、无测刀具实际输岀位移用于闭环控制,最后加工出所需的非
反向间隙、超高分辦率等优点。两者结合实现微米级的定圆截面形状。
基金项目:浙江省自然科学基金(Y107792);宁波市自然科学基金(2008A610037)
作者简介:沈杰(1984-),男,浙江嘉兴人,宁波大学工学院机械制造及其自动化专业硕士研究生,主要从事机电一体化装备的研究。
Machine Building Automation, Feb 2010, 39(1): 97-98