本文關鍵詞：非共振型橢圓振動裝置及運動控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：橢圓振動輔助加工(EVC)技術具有減少刀具的磨損、減小切削力、抑制毛刺、提高被加工表面的表面質量等優(yōu)點。本文對非共振型橢圓振動裝置的工作原理進行了分析和研究,設計出了兩種非共振型橢圓振動裝置(NT-EVC):用于激光加工的橢圓振動裝置和用于車削的橢圓振動裝置。提出了基于ABAQUS的NT-EVC裝置設計方法,并用ABAQUS對裝置的性能進行了有限元分析。對兩個裝置進行了離線性能測試,驗證所設計裝置具有良好的動力學性能和較高的運動精度。提出改進型橢圓振動切削(MEVC)方法,消除常規(guī)EVC引入的切削殘高,來提高加工表面質量,并進行了切削實驗進行了驗證。具體工作如下:1.本文將壓電驅動器和柔性鉸鏈結構簡化為具有粘性阻尼的二階振動系統(tǒng)。針對該二階振動系統(tǒng),本文給出了其頻率響應函數(shù)。進而得出該二階振動系統(tǒng)在簡諧輸入情況下的穩(wěn)態(tài)輸出公式,進而分析了剛度對穩(wěn)態(tài)輸出的影響。對兩個軸的運動耦合進行了研究,分析了兩軸運動耦合率對合成橢圓運動精度的影響。2.基于ABAQUS有限元軟件,本文了給出NT-EVC裝置的通用設計方法,給出NT-EVC裝置的具體設計思路和步驟,并用該方法設計出一套用于車削的高頻EVC裝置和一套用于輔助激光加工的橢圓振動裝置。所提出設計方法主要包括以下內(nèi)容:柔性鉸鏈的選型、空間結構設計以及尺寸計算,壓電驅動單元的設計,ABAQUS動力學和靜力學有限元仿真。本文還基于ABAQUS對裝置進行輕量化設計,對工作頻率進行優(yōu)化。3.所設計兩中橢圓振動裝置均引入了平行結構,目的在于減小兩個運動軸之間的運動耦合以及減小兩組壓電疊堆的相互干擾。任意一組壓電不受另一組壓電剪切力的影響,減小了側向運動對壓電疊堆的損害。設計出用于激光加工的橢圓振動裝置的實測耦合率為1.6%和2.5%。4.完成所設計兩個裝置的離線性能測試,驗證了本文中橢圓振動裝置設計方案的可行性和良好的實際工作性能。激光用橢圓振動裝置在X軸和Y軸的最大行程均為7.6μm,運動分辨率均達到了10nm;工作頻率可以達到600Hz。用于車削的裝置實現(xiàn)橢圓振動的最大長軸可以達到4μm;最大的工作頻率為1600Hz。這些性能指標均已經(jīng)滿足所設計裝置對行程、運動精度和工作頻率的要求。5.對于激光用橢圓振動裝置,測試了其生成高精度橢圓運動的能力。本文分別在開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種工作方式下實現(xiàn)對橢圓振動裝置的運動控制。所設計閉環(huán)控制的控制器為PID型,整定參數(shù)后的系統(tǒng)具有良好的動力學性能。該裝置實現(xiàn)橢圓運動長軸的范圍為20nm到7.8μm。除了對橢圓運動尺度范圍進行測試外,還對不同縱橫軸比的橢圓運動進行測試,均達到了較高的運動精度。6.對于車削用橢圓振動裝置,本文利用該裝置生成改進型橢圓振動。論文首先從微觀幾何角度分析了EVC形成切削殘高的機理,提出了改進型橢圓振動加工(MEVC)。用MEVC方式在1000Hz工作頻率下,對黃銅棒料進行了端面車削。用顯微鏡對加工后表面進行觀察,實驗結果表明,橢圓運動軌跡改進可以提高加工表面質量。
【關鍵詞】：橢圓振動 裝置設計方法 ABAQUS 切削殘高 MEVC 運動解耦
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG502.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題研究背景和研究意義10-13
• 1.2 橢圓振動輔助加工的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-21
• 1.2.1 振動輔助加工的發(fā)展歷史13-15
• 1.2.2 共振型EVC裝置的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.3 非共振型EVC裝置的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3 研究目的和研究內(nèi)容21-22
• 第2章 橢圓振動的工作原理22-34
• 2.1 二維并聯(lián)型橢圓振動裝置數(shù)學原理22-27
• 2.2 激光加工對橢圓振動裝置性能參數(shù)要求27-29
• 2.3 改進型橢圓運動輔助切削29-33
• 2.3.1 EVC加工殘高的構成29-31
• 2.3.2 EVC加工殘高的去除31-33
• 2.4 本章小結33-34
• 第3章 橢圓振動裝置的設計和分析34-62
• 3.1 柔性鉸鏈類型選型和尺寸估算35-45
• 3.2 壓電疊堆驅動單元的研究45-51
• 3.3 橢圓振動裝置的總體設計51-53
• 3.3.1 用于激光加工的橢圓振動輔助加工裝置51-52
• 3.3.2 用于車削加工的橢圓振動輔助加工裝置52-53
• 3.4 柔性裝置性能參數(shù)有限元分析及優(yōu)化53-61
• 3.4.1 靜力學分析結果57-60
• 3.4.2 模態(tài)分析結果60-61
• 3.5 本章小結61-62
• 第4章 橢圓振動裝置性能測試62-76
• 4.1 橢圓振動裝置靜力學性能測試64-68
• 4.1.1 靜力學性能-剛度64-65
• 4.1.2 靜力學性能-最大行程65-66
• 4.1.3 靜力學性能-運動分辨率66-67
• 4.1.4 靜力學性能-運動耦合率67-68
• 4.2 橢圓振動裝置動力學性能分析68-75
• 4.2.1 動力學性能-幅頻特性69-73
• 4.2.2 動力學性能-閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應的測試73-75
• 4.3 本章小結75-76
• 第5章 橢圓運動控制和車削試驗76-90
• 5.1 激光加工用橢圓振動裝置運動的精確控制76-82
• 5.1.1 開環(huán)橢圓運動控制和監(jiān)控76-77
• 5.1.2 閉環(huán)橢圓運動控制和測量77-82
• 5.2 車削用橢圓振動裝置的運動改進和切削實驗82-88
• 5.2.1 改進型橢圓振動生成和測量82-84
• 5.2.2 改進型橢圓振動切削實驗84-88
• 5.3 本章小結88-90
• 第6章 總結90-92
• 參考文獻92-98
• 作者簡介及碩士期間的學術成果98-100
• 1.作者簡介98
• 2.學術成果98-100
• 致謝100-101

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