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智能材料驱动数控精密镗削控制系统的研究开发

胡哲程  
【摘要】:超磁致伸缩材料(GMM)具有应变大、响应速度快、功率密度高、输出力大以及可靠性高等优点,因此,利用这种材料制成的超磁致伸缩执行器(GMA)在精密加工领域有着良好的应用前景。本论文以“基于嵌入式GMA的非圆孔精密数控加工镗床”为研究平台,以“智能材料驱动数控精密镗削控制系统的研究开发”为研究课题,针对应用于该非圆孔精密数控加工镗床的闭环反馈控制系统进行了相应的研究开发工作。 非圆异形活塞孔对改善活塞销孔的应力分布、提高活塞承受载荷的能力、延长活塞的使用寿命都具有非常重要的意义。但是,由于加工精密活塞异形孔的技术困难,异形活塞孔并没有得到广泛的应用。国内外的学者对精密活塞异形孔的加工方法进行了多年的研究,加工方法也从机械仿形加工法等柔性不强的方式向数控加工的方向发展。因此,为了实现精密加工,如何设计一套切实可用的活塞异形孔数控精密镗削控制系统显得尤为重要。 本文总结了国内外学者在超磁致伸缩材料、超磁致伸缩执行器及非圆异形孔加工系统等相关技术领域的发展历史与研究现状,并在此基础上对系统的被控对象特性进行了深入了解,在嵌入式超磁致伸缩智能镗杆机械构件方案的基础上开发出一套用于精密镗削加工的控制系统。开发的内容可分为硬件平台搭建和软件平台开发两个方面。硬件设计的内容主要有:活塞异形孔数控镗削闭环控制系统总体方案建立;镗刀径向进给量测量方案的选择和改进;控制系统硬件电路的具体设计,其中主要介绍了DSP实验板的性能参数、基于SPI通讯协议的D/A转换方案设计以及电涡流传感器输出信号的滤波降噪设计。软件部分的设计包括:数控系统软件整体框架设计,检测算法与控制算法的设计,以及A/D及D/A转换、SPI通信、SCI通信、中断服务程序等具体算法的实现。之后,本文对控制系统的软硬件环节都进行了相关的实验,并在全文的最后对全文的主要研究内容进行了总结,并对后续的工作做了展望。


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