| 【中文题名】 | NC机床磁悬浮进给机构研究 |
| 【英文题名】 | Study on Magnetic Suspension Feed Mechanism for NC Machine Tools |
| 【学科专业】 | 机械制造及其自动化 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-11-23 |
| 【中关键词】 | NC机床,磁悬浮进给,电磁驱动,优化设计,有限元分析, |
| 【英关键词】 | NC Machine tools,Magnetic suspension feed,electromagnetic drive,Optimization design,finite element analysis, |
| 【分类导航】 | 工业技术>金属学与金属工艺>金属切削加工及机床>程序控制机床、数控机床及其加工>> |
| 【论文摘要】 | 高速加工是近十年来发展起来的一种先进制造技术，高速加工的数控机床除了提高机床主轴的转速外，还必须相应地提高机床的进给速度、进给定位精度和控制系统的响应速度。与传统进给系统相比，磁浮进给系统具有无接触、无摩擦、无润滑、定位精度高、进给速度及加速度高等优点，而这些均为实现数控机床高速加工的必要条件。
本文详细介绍了磁浮进给的工作原理及系统组成，阐述了磁浮进给系统的悬浮电磁铁和驱动电磁铁的结构参数设计过程，在保证电磁力最大及电磁铁重量最小的条件下，建立了电磁铁优化模型，利用MATLAB，用复合形算法对电磁铁参数进行了优化设计，给出了磁浮进给机构工作台的结构尺寸。
控制是系统的重要组成部分，在分析电磁悬浮力的基础上，建立了磁浮进给系统的单铁悬浮数学模型。由于系统具有非线性和参数不确定性，对所建立的单铁悬浮数学模型在平衡点附近进行了线性化处理，获得系统的状态方程和传递函数。在此基础上，分析了系统的能控性和能观性，设计出线性状态控制器及PID控制器，利用MATLAB对两种控制算法进行了仿真。
采用ANSYS对电磁场进行有限元分析，计算出系统磁场分布，并校正了漏磁误差。从而可... |
| 【论文题纲】 |
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第一章 绪论 |
8-15 |
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1.1 NC机床传统进给系统 |
8-9 |
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1.2 NC机床直线电机进给系统 |
9-11 |
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1.3 NC机床磁悬浮进给系统 |
11-13 |
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1.3.1 磁悬浮进给系统的优点 |
11-12 |
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1.3.2 国内外磁悬浮进给进给技术现状 |
12-13 |
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1.4 论文研究意义和内容安排 |
13-15 |
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1.4.1 研究意义 |
13-14 |
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1.4.2 内容安排 |
14-15 |
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第二章 磁悬浮原理和电磁驱动 |
15-23 |
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2.1 磁悬浮原理 |
15-19 |
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2.1.1 基本悬浮原理 |
15-16 |
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2.1.2 磁路与磁吸力的计算 |
16-18 |
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2.1.3 磁悬浮系统的磁力特性 |
18-19 |
|
2.2 电磁驱动 |
19-22 |
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2.2.1 驱动原理 |
19-20 |
|
2.2.2 磁驱动力计算 |
20-21 |
|
2.2.3 工作原理 |
21-22 |
|
本章小结 |
22-23 |
|
第三章 电磁驱动磁悬浮进给机构设计 |
23-39 |
|
3.1 磁悬浮进给结构设计 |
23-24 |
|
3.2 磁路设计 |
24-36 |
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3.2.1 导磁材料的选择 |
24-26 |
|
3.2.2 电磁铁的主要参数 |
26-29 |
|
3.2.3 优化方法 |
29-32 |
|
3.2.4 电磁铁优化设计 |
32-36 |
|
3.3 工作台尺寸优化设计 |
36-38 |
|
本章小结 |
38-39 |
|
第四章 单铁悬浮系统模型 |
39-45 |
|
4.1 单铁悬浮系统数学模型 |
39-41 |
|
4.2 系统模型线性化与状态方程建立 |
41-44 |
|
4.2.1 单铁悬浮数学模型线性化 |
41-42 |
|
4.2.2 线性化系统状态方程建立 |
42-44 |
|
本章小结 |
44-45 |
|
第五章 磁悬浮控制器设计与仿真 |
45-55 |
|
5.1 系统状态方程 |
45-46 |
|
5.2 系统能控性和能观性 |
46-47 |
|
5.3 线性状态反馈控制器 |
47-51 |
|
5.3.1 状态反馈 |
47-49 |
|
5.3.2 闭环极点配置 |
49-50 |
|
5.3.3 状态反馈控制的仿真 |
50-51 |
|
5.4 PID调节 |
51-54 |
|
5.4.1 PD控制 |
51-53 |
|
5.4.2 PID控制 |
53-54 |
|
本章小结 |
54-55 |
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第六章 磁悬浮进给机构有限元分析 |
55-76 |
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6.1 电磁悬浮场有限元分析 |
55-63 |
|
6.1.1 麦克斯韦方程组 |
55-56 |
|
6.1.2 位函数的微分方程 |
56-57 |
|
6.1.3 位函数的边界条件 |
57-58 |
|
6.1.4 位函数的边值问题 |
58-60 |
|
6.1.5 有限单元法求解 |
60-63 |
|
6.2 磁悬浮系统二维电磁场有限元分析 |
63-66 |
|
6.2.1 悬浮电磁铁有限元分析 |
63-64 |
|
6.2.2 驱动电磁铁有限元分析 |
64-66 |
|
6.3 磁悬浮工作台的结构有限元分析 |
66-74 |
|
6.3.1 有限元力学模型的建立 |
67-69 |
|
6.3.2 磁悬浮工作台结构动力学分析 |
69-74 |
|
6.4 结构改进方案 |
74-75 |
|
6.4.1 工作台改进 |
74 |
|
6.4.2 驱动磁路改进 |
74-75 |
|
本章小结 |
75-76 |
|
结论 |
76-77 |
|
参考文献 |
77-80 |
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攻读学位期间发表的学术论文 |
80-81 |
|
致谢 |
81 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.380757 |
