凸轮磨床从动轴跟随主导轴的跟踪算法研究

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1、分类号：TP273单位代码：10183研究生学号：2013522088密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）凸轮磨床从动轴跟随主导轴的跟踪算法研究OntheTrackingAlgorithmofDrivenAxisFollowingCapstanAxisforCamGrinder作者姓名：李聪专业：控制理论与控制工程研究方向：复杂系统建模、优化与控制指导教师：隋振副教授培养单位：通信工程学院2016年6月———————————————————————————凸轮磨床从动轴跟随主导轴的跟踪算法研究———————————————————————

2、————OntheTrackingAlgorithmofDrivenAxisFollowingCapstanAxisforCamGrinder作者姓名：李聪专业名称：控制理论与控制工程指导教师：隋振副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2016年6月4日摘要摘要凸轮磨床从动轴跟随主导轴的跟踪算法研究凸轮作为实现各种复杂机械运动的关键零部件，人们对其加工精度提出更加严格的要求。传统靠模仿形的加工方法已无法满足产品的发展需要，现在多采用数控磨床来实现精密加工。为了提高凸轮数控磨削的理论研究和技术发展水平，本课题通过对磨削过程中两轴运动的研究发现，影响磨

3、削精度的关键因素是工件旋转轴C轴与砂轮进退轴X轴之间的配合精度。在各单轴跟踪精度满足一定要求的基础上，X轴对C轴实际值的跟踪精度决定了工件的磨削精度。基于上述思想，本课题提出了仿形跟踪误差补偿，即将C轴实际值经X(C)函数变换后与X轴砂轮中心点的实际位置做差，将差值反馈到X轴的输入数值序列，并以此为基础设计了模糊PID和人工神经网络PID控制器作为仿形跟踪误差补偿器，利用仿真磨削平台加以实验验证。其主要研究内容如下：1.建立凸轮磨削的数学模型。凸轮数据由升程表给出，先利用三次样条插值将升程表数据进行密化处理，使其满足加工要求。不同测头的升程表与

4、凸轮轮廓之间的数学关系是不同的，通过对测头的分析分别建立各自的数学关系，利用反转法及速度瞬心法，推导出工件旋转角度和砂轮进给之间的磨削模型，为后面的研究工作做好准备。2.提出了凸轮磨削的仿形跟踪误差补偿这一新的补偿方式，并推导仿形跟踪误差与轮廓误差之间的折算关系。通过对两种传统跟踪方式的分析，结合两者的优点，提出了仿形跟踪误差补偿来实现两运动轴的高精度配合。轮廓误差是判断凸轮加工精度的重要依据，而若以仿形跟踪误差指导磨削则必须弄清楚两者之间的关系，通过建立适合仿形跟踪的轮廓误差模型，证明了仿形跟踪误差小于等于轮廓误差，因此通过减小仿形跟踪误差可

5、以间接地减小凸轮的轮廓误差，进而提高加工精度。3.仿形跟踪误差补偿器的设计。传统PID控制器的三个参数一旦确定，不能根据不同工况和形状各异的凸轮片做出适当的调整，从而无法满足精度和柔性的要求，将智能控制算法应用到凸轮的磨削加工中去，分别设计了模糊PID控制器和人工神经网络PID控制器，利用这两种智能算法，实时地调整PID控制器的三个参数，使其满足不同工况下、不同形状凸轮片的加工要求。4.实验验证仿形跟踪误差补偿及设计的控制器的有效性。基于长春第一机床有限公司所生产的MK8312C数控凸轮轴磨床，利用SIMULINK为其搭建了仿真磨削系统，详细给

6、出了控制器的设计过程及参数选取，对比常规PID控制器与设计的模糊PID控制器以及人工神经网络PID控制器的控制效果。实验结果表明，仿形跟踪I吉林大学硕士学位论文误差补偿能够有效提高磨削精度，而设计的两种控制器在精度和抗扰性能上与传统PID控制相比均具有一定的优势。综上所述，本课题对凸轮磨削的数学模型、X轴对C轴实际输出值的跟踪精度对凸轮加工精度的影响、仿形跟踪误差与轮廓误差之间的关系、智能控制算法在凸轮磨削中的应用等方面做了相应的研究，当然，还有许多问题值得深入探讨，如利用对加工速度的优化实现磨削精度的提高；利用凸轮加工过程磨削不可逆的特点，以

7、轮廓无内凹控制实现高精度磨削。关键词：凸轮磨削，磨削精度，仿形跟踪，模糊PID，人工神经网络PIDIIABSTRACTABSTRACTOntheTrackingAlgorithmofDrivenAxisfollowingCapstanAxisforCamGrinderCam,asakeycomponenttorealizekindsofcomplexmechanicalmovement,itsmachiningprecisionisincreasinglydemanding.Thetraditionalcopyingmachiningcan’t

8、adapttothedevelopmentofproducts,nowCNCgrindingmachineisusedtoprecisionmachi