面向非圓車削的壓電型FTS設計及控制研究.pdf

1、隨著科學技術水平的提高，非圓截面零件的應用越來越廣泛，市場需求量也日益增大，尤其在汽車行業(yè)。精密非圓截面零件車削的關鍵技術主要有兩個，其一是高頻響的快速伺服刀架（FTS），其二是車削振動的抑制。針對第一點，目前學者們認為基于高頻響驅(qū)動器的FTS是實現(xiàn)非圓截面零件加工的有效手段。其中由于壓電陶瓷驅(qū)動器的高頻響和高分辨率的優(yōu)點，所以被廣泛用于FTS的構(gòu)造上，但目前采用壓電陶瓷驅(qū)動的FTS只能提供單向的驅(qū)動力，這在一定程度上限制了非圓切削刀具

2、頻響和精度的提高。非圓車削的過程中切削深度一直在發(fā)生變化，極易誘導切削振動的發(fā)生，而振動會嚴重影響工件的表面質(zhì)量、刀具的壽命等，所以需要抑制車削振動的發(fā)生。本論文以非圓截面零件加工為研究對象，研究了FTS的頻率響應特性及其在非圓車削振動中的應用等問題。
　　為研究非圓車削伺服刀架的頻率響應，本論文基于柔性鉸鏈式雙平行四連桿機構(gòu)設計出了一種FTS新構(gòu)型。FTS包含前后兩個壓電陶瓷驅(qū)動器，分別為刀具的進給和回復提供驅(qū)動力。并建立了該F

3、TS刀架結(jié)構(gòu)的動力學模型，結(jié)合Matlab軟件和有限元軟件分析了FTS動靜態(tài)特性。動靜態(tài)實驗表明該FTS具有較高的頻率響應和一定的輸出位移。
　　考慮到遲滯是實現(xiàn)壓電陶瓷材料高精度定位的最大障礙，為此建立了驅(qū)動器的遲滯模型，并給出了改進的Duhem和PI遲滯模型，以期獲得更高的模型精度。在此基礎上基于遲滯正模型和逆模型之間的轉(zhuǎn)化設計了一種雙壓電陶瓷驅(qū)動器的控制方法，并設計了刀架的前饋控制、反饋控制、復合控制等三種控制器，對三種控制