大型曲轴数控车铣机床进给系统的技术研究

论文摘要

曲轴是船用柴油机的关键部件,对船舶的安全起着至关重要的作用。大型船用曲轴整体质量大、材质要求特殊,加工精度高、技术难度极大。是否具有大型曲轴的制造能力,从某种程度上代表了一个国家船舶配套业的制造水平。目前,只有日本、韩国、捷克等少数几个国家能生产大型曲轴,它们高度垄断着国际大型船用曲轴市场。加强大型曲轴加工设备和加工技术的研究,对提高我国大型曲轴加工效率和机械加工技术水平,扭转国外对大型曲轴市场的垄断具有重要的现实意义。本文对超大型曲轴的车铣加工技术进行了较详细的研究,并在此研究的基础上设计了大型曲轴车铣机床的进给系统。此后,对加工过程中的切削力、进给系统机构、交流伺服进给系统的稳定性等方面进行了理论上研究。其主要研究内容如下:分析了车铣机床的工作原理,并设计了大型船用曲轴完整的加工工艺流程。针对曲轴空档部分半精加工时两种不同的工艺方法,分别其切削力进行了研究。在对同轴车铣切削过程分析的基础上对切削力进行了数学建模和理论分析,并得出同轴车铣时的瞬时切削力表达式。根据切削参数对加工表面的影响关系,制定了本车铣机床的切削用量,并根据经验公式计算了理论切削力。对车铣机床的进给机构以及回转工作台结构进行了原理分析,重点对同步驱动机构和轴向液压伺服平衡机构进行了理论分析。进给机构中,底座滑台受力最为复杂,本文对其进行了有限元分析。此后,又对此机构的局部结构进行了改进,使滑台在工作中能够稳定运行。在对伺服进给系统结构分析和简化的基础上,从理论上对此做了详细的探索,建立了交流伺服进给系统和机械传动环节的数学模型。利用matlab软件对传动环节进行了阶跃信号仿真分析,验证了本文设计的进给系统具有动态响应快,运行平稳,且满足该机床进给系统的设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 大型曲轴加工技术国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 车铣技术国内外研究现状
• 1.3.1 车铣技术简介
• 1.3.2 国内车铣技术研究现状
• 1.3.3 国外车铣技术研究现状
• 1.4 课题研究意义和内容
• 1.4.1 课题研究意义
• 1.4.2 课题研究内容
• 第2章 大型曲轴车铣机床的切削力研究
• 2.1 车铣机床的工作原理
• 2.2 大型曲轴加工工艺分析
• 2.3 切削力坐标系的建立
• 2.4 同轴车铣的切削力模型
• 2.4.1 基本假设
• 2.4.2 切削啮合区的确定
• 2.4.3 圆周刃切削
• 2.4.4 端面刃切削
• 2.4.5 瞬时切削力的计算
• 2.5 切削力的理论计算
• 2.5.1 工件和刀具材质的选择
• 2.5.2 切削用量的选择
• 2.5.3 切削力的理论计算
• 2.6 本章小结
• 第3章 车铣机床进给系统的结构设计
• 3.1 进给系统驱动力分析
• 3.2 车铣机床进给机构的组成
• 3.2.1 同步驱动机构
• 3.2.2 轴向液压伺服平衡机构
• 3.2.3 惯性飞轮和制动装置
• 3.2.4 离合器
• 3.3 底座滑台的结构设计
• 3.3.1 底座滑台受力分析
• 3.3.2 底座滑台结构设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 大型曲轴车铣机床伺服进给系统的研究
• 4.1 交流伺服进给系统的简化
• 4.2 交流伺服驱动系统的建模
• 4.2.1 交流伺服驱动系统的组成
• 4.2.2 交流永磁同步电机的数学模型
• d=0 转子磁链定向矢量控制'>4.2.3 i_d=0 转子磁链定向矢量控制
• 4.2.4 电流环结构
• 4.2.5 速度环结构
• 4.2.6 位置环结构
• 4.2.7 伺服驱动系统参数选择
• 4.3 机械传动系统数学模型
• 4.3.1 机械传动系统的组成
• 4.3.2 机械传动系统的数学模型
• 4.3.3 基本物理量的等效计算
• 4.4 仿真分析
• 4.4.1 传动系统的时域分析
• 4.4.2 传动系统的频域分析
• 4.5 双驱动过定位问题
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢