非圓內曲面精密加工新方法與控制技術研究

中文摘要

非圓異形內曲面對提高零件品質的作用日益突出，而對這類曲面的精密加工,一直是製造領域長期存在的技術難題。本項目利用不附加任何執行機構的靜壓鏜軸，通過控制直接實現非圓內曲面所要求的刀尖軌跡。提出了利用簡單（圓、直線）軸心軌跡與刀尖自轉軌跡合成橢圓刀尖軌跡的新方法。研究刀尖軌跡運動成形機理及與軸心軌跡的匹配特性；研究靜壓鏜軸系統的動力學建模與動態特性；研究軸心軌跡的測量方法與控制策略；研究基於靜壓鏜軸的期望刀尖軌跡的控制理論與實現方法；研究控制靈敏度和時滯特性；研究切削力、干擾載荷對期望刀尖軌跡的影響。研究基於新方法的橢圓內曲面精密加工的最佳實施方案和關鍵技術；開展橢圓刀尖軌跡及變橢圓內曲面成形的控制試驗研究。本項目的完成將為非圓內曲面的精密加工開闢新途徑，具有重要理論意義和套用前景。

結題摘要

提出了基於軸心公轉和刀具繞軸心自轉運合成橢圓刀尖軌跡的成形原理和直接控制迴轉鏜軸，獲得變橢圓內曲面所要求的橢圓刀尖軌跡的新方法。完成的主要工作如下：。（1）刀尖運動軌跡成形機理及與軸心軌跡的匹配特性研究了多種軸心公轉軌跡與刀尖自轉軌跡進行合成時形成橢圓刀尖軌跡的必要與充分條件及刀具初始相位角對形成橢圓刀尖軌跡的影響。給出了多種軸心公轉軌跡和不同刀具初始相位角下所形成橢圓刀尖軌跡的特徵和控制方程。為控制實現提出了多種解決方案。（2）靜壓鏜軸系統的動力學建模與動態特性建立了主軸-軸承系統靜動態特性計算模型，研究了多種結構靜壓軸承的靜動態特性；提出了一種計算靜壓軸承靜態特性的新方法。提出了壓電型單面薄膜節流器。研究了薄膜的變形解析計算方法。最佳化了結構參數。研究了節流閥結構參數對壓電陶瓷的位移和推力的影響。提出了壓電型薄膜平移式雙面節流閥。建立了包含壓電陶瓷的節流閥動力學模型，研究了壓電陶瓷和節流系統的動態特性和控制特性。（3）期望刀尖軌跡的控制理論與實現方法提出了壓電型伺服薄膜節流閥控制方法，研製出壓電型單面薄膜節流和雙面薄膜節流兩種新型控制裝置，利用壓電型薄膜式差動節流閥的差動效應，使節流閥的兩個出油口分別連線靜壓軸承的對置油腔以期實現期望軸心軌跡，分析得到了期望軸心軌跡與壓電陶瓷位移之間的關係。研究了可實時糾正軌跡偏離的閉環控制方法和策略。利用重複控制算法對刀尖運動軌跡進行了閉環控制仿真研究。（4）控制實現裝置開發與實驗研究開發出一種適合橢圓軌跡控制實現的新型靜壓軸承，建立了靜壓主軸控制試驗台，攻克了設計製造中的關鍵技術。提出了高性能壓電陶瓷驅動控制方案，研製出高頻響、大功率壓電陶瓷控制電源，提出了新型電源的套用規範。完成了壓電陶瓷伺服節流閥控制特性實驗研究，給出了流量壓力控制特性。開展了主軸軸心軌跡都的控制實驗，證明了方法和裝置的可行性。本項目提出的新原理、新方法和取得的研究成果對非圓內曲面的精密加工具有重要套用價值和前景

非圓內曲面精密加工新方法與控制技術研究

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