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《磁力微進給系統(tǒng)設計論文_本科論文.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、濟南大學畢業(yè)論文1前言1.1課題研究背景及意義隨著制造技術(shù)及機械行業(yè)的不斷迅速發(fā)展，為達到被加工工件的加工尺寸精度和表面質(zhì)量，微進給裝置被廣泛應用于精密加工及超精密加工中。例如，在超精密車削中，氮化硼或金剛石刀具的切深要保證在微米級的精度；在軸類零件的非圓加工中，要保證工件的尺寸及形狀要求；在超精密磨削中，砂輪的微進給量要求達到幾微米甚至百分之微米；在超精密機床的誤差補償進給裝置中，位移精度要求更高。因此，在精密加工，特別是超精密加工中，微進給裝置起著至關(guān)重要的地位另外，為了滿足高精度、高速度的加工要求，微進給裝置必須具有三個方面的特性：較高的位移精度，
2、相對較大的程程范圍，較高的頻率響應。1.2微進給機構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀目前，英國、美國、日本和德國等國家在高頻響大行程微進給系統(tǒng)研究方面已經(jīng)有了許多專利。在我國，一些高等院校和科研單位致力于研究大行程高頻響的微進給機構(gòu)，長沙國防科技大學在1989年研制了一種高頻響進給伺服機構(gòu)，它采用電容傳感器作精密位移監(jiān)測軟件，并且在C6250車床上進行了初步試驗，當機床轉(zhuǎn)速為700r/min、進給量為0.2mm/r時，加工誤差為10um，此時該裝置的截止頻率可以達到150Hz。清華大學精儀系機制教研室從1985年就開始研究用于非圓截面加工的高頻響伺服進給系統(tǒng)，在實驗的基礎上相
3、繼研發(fā)了10N50N200N的推力的高頻響微進給機構(gòu)及其控制系統(tǒng)。該機構(gòu)的工作原理就是用電磁力直接驅(qū)動刀具運動，目前，在制造加工中的微進給機構(gòu)裝置有：彈性變形式微進給裝置，機械微進給機構(gòu)，流體膜變形式微進給裝置及場致變形式微進給裝置等。利用閉環(huán)控制系統(tǒng)使機構(gòu)獲得很高的微進給精度。彈性式微進給裝置的工作原理是依靠機構(gòu)裝置的彈性變形來驅(qū)動執(zhí)行部件實現(xiàn)微小位移的。這種裝置若不受外界摩擦的影響，能實現(xiàn)微小的位移實現(xiàn)微進給。利用片彈簧的變形位移機構(gòu)，可以實現(xiàn)最小為0.2um的微進給量，但這種裝置的不足是運動剛度差。機械式微進給裝置具有較大的運動范圍，但是分辨率比較
4、低，其運動剛度取決于設計參數(shù)。該類微進給裝置的自動控制進給過程比較復雜麻煩，響應速度比較低，難以用于精密加工中。流體膜變形式微進給裝置的工作原理主要是利用流體膜濟南大學畢業(yè)論文在供給壓力或節(jié)流阻力在變化時所引起的變化來實現(xiàn)微進給位移的，其位移分辨率和重復可以達到0.05um，但是運動范圍十分有限，而且當膜的厚度變化時，流體膜的特性也隨之變化。場致變形式微進給裝置是利用場（溫度場、磁場、電場）的變化使參數(shù)或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化產(chǎn)生驅(qū)動力來驅(qū)動執(zhí)行部件完成微進給的裝置?，F(xiàn)在市場上存在的有磁致伸縮微進給裝置，熱變形微進給裝置等。這類微進給裝置可以達到很高的分辨率和較高
5、的頻率響應，但是行程范圍很小。上面幾種裝置都不能滿足大行程、高頻響、高精度三個方面的要求，但是結(jié)合各自的優(yōu)缺點，我們可以利用電磁驅(qū)動機構(gòu)，通過采取合理的設計及控制方法，使該機構(gòu)達到頻響、精度、行程三個方面的要求。濟南大學畢業(yè)論文2機械部分設計2.1磁力微進給設計的綜述2.1.1磁力微進給系統(tǒng)主要性能指標（1）位移精度：≤1um（2）行程范圍：10mm（3）截止頻率：≥250Hz（4）驅(qū)動力:2000N（5）剛度：kx≥150N/um，ky≥60N/um，kz≥150N/um2.1.2進給結(jié)構(gòu)方案設計磁力微進給機構(gòu)的工作原理是：利用電磁推力來驅(qū)動執(zhí)行部件產(chǎn)
6、生直線位移，執(zhí)行部件在驅(qū)動力的作用下只在軸線方向往復運動，而其他方向由運動導軌予以約束，并具有較高的支撐剛度，執(zhí)行部件沿驅(qū)動軸線放行的承載能力將由電磁驅(qū)動裝置來控制。要使微進給裝置獲得較大的行程，較高的頻率響應以及較高的運動精度，必須使該裝置滿足以下方面的要求：結(jié)構(gòu)剛性高，傳動環(huán)節(jié)剛性好；傳動鏈短；避免使用回轉(zhuǎn)直線運動轉(zhuǎn)換裝置，最好由電磁驅(qū)動直接輸出直線驅(qū)動；電磁轉(zhuǎn)換能量大，轉(zhuǎn)換率高；控制方便。對應這些要求，由此可以確定：微進給裝置由四部分組成:第一部分是力和運動的發(fā)生裝置（磁路部分），第二部分是刀架及支撐導軌結(jié)構(gòu)，第三部分是力與運動的控制系統(tǒng)，第四部分
7、是電路部分。其中，直線型電磁裝置來產(chǎn)生所需的驅(qū)動力和直線運動，在X、Z方向的切削力由刀架通過進給機構(gòu)的徑向支撐及導軌承受，進給位移的精度與驅(qū)動力的大小均由控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)。2.2力與運動發(fā)生裝置設計—磁路設計磁力微進給系統(tǒng)的力與運動的發(fā)生裝置，即磁路部分，的設計主要包括以下幾個方面的內(nèi)容:①確定勵磁方式②選擇磁性材料③確定磁路結(jié)構(gòu)形式④計算確定電磁元件結(jié)構(gòu)及尺寸。2.2.1勵磁方式的確定根據(jù)勵磁方式來分，勵磁方式可分為電磁式和永磁式兩類。電磁式勵磁方式需要配置相應的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組，體積大，質(zhì)量大，而且存在著大的銅耗。在直線型電磁機構(gòu)中，為了防止定子和轉(zhuǎn)
8、子間的相互摩擦，電極和磁極之間間隙往往較大，為了保證有較大的氣隙磁場必須增加繞組
