液压数控圆转台结构设计及其控制系统研究

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随着制造加工行业对于零件加工精度的要求越来越高,以及机床控制性能的大幅度提升,数控转台的发展竞争也日趋激烈。本文针对传统转台传动链复杂、控制性能差以及直驱转台维护成本高昂等普遍缺陷,提出了用液压马达替代力矩电机作为传动装置,并依托液压控制系统实现转台工作目标的研究方案,设计了数控转台的整体机械结构,选型并搭建了液压控制系统,引入了适应于转台马达的控制算法,并验证了最终仿真结果。本文具体研究内容如下:(1)论述了液压数控圆转台的主要研究背景、研究意义以及前代设备的分类详情,探讨了液压控制技术与数控转台的工作相结合的可能性。简要阐述了液压数控圆转台的工作原理以及各结构模块,并制定了包括转台外部结构、内部传动件在内的详细设计方案。(2)针对数控圆转台的机械结构以及工作参数,设计与绘建了液压控制系统模型,并对系统所涉及的各部分液压元件进行了计算选型,依据设计结果在AMESim软件中进行了仿真模拟,研究并分析了马达的转速曲线图。(3)计算设计了环形静压导轨的主要结构参数,对其进行了三维模型绘制,通过流体软件FLUENT对该模型进行了网格划分及具体参数赋值,并对仿真得到的导轨油膜压力分布云图进行提取分析,掌握了导轨工作压力分布规律。(4)对液压控制系统驱动转台的总体原理进行了阐述,根据伺服阀、液压马达流量方程,液压马达受力方程,建立了液压控制系统数学模型,结合实际简化了控制系统的传函函数,对并液压控制系统进行了静态动态分析性能。(5)将H∞控制理论应用于液压数控圆转台控制系统,通过拟定控制目标、设置控制规律约束边界条件、求解里卡蒂方程,研究出了适用于液压数控圆转台的H∞控制方法。研究结果表明,经H∞算法优化后,数控转台控制系统控制性能得到极大改善。本文所涵盖的主要创新点如下:(1)设计出了液压数控圆转台总体方案。参考立式直驱数控转台机械结构,创新地提出以方体基座替代原有的静台面,并运用液压控制技术实现整个系统的控制功能。(2)通过液压数控圆转台环形静压导轨的流场模拟提出了导轨油膜压力分布规律。以转台周向工作环境为研究对象,计算设计了环形静压导轨,并通过软件仿真分析得到了其压力分布规律。(3)研究出了液压数控圆转台控制系统模型,并对其进行了优化调试,进而提出了适应于转台控制系统的H∞控制方法,仿真结果表明:经H∞控制算法优化后,系统控制性能得到了显著提升。
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