1、非圓回轉(zhuǎn)類零件在工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛,在其形狀日趨復(fù)雜化的同時(shí),對加工精度的要求也隨之提高,而相應(yīng)的精密高效加工技術(shù)逐漸成為當(dāng)今加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟,為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)性能不斷提高的要求,目前活塞型面通常被設(shè)計(jì)成具有中凸變橢圓特征的復(fù)雜三維立體曲面,而其數(shù)控車削加工的關(guān)鍵在于硬件上配置一套高頻響、大行程和高精度的快速刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)(Fast Tool Servo,簡稱PTS),軟件上擁有相應(yīng)的高效伺服控制算法。本文以基于壓電

2、堆致動(dòng)器(PZT Stack Actuator,簡稱PSA)的PTS機(jī)構(gòu)為研究對象,探索了該機(jī)構(gòu)在非圓回轉(zhuǎn)類零件車削加工中的若干控制問題,并進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)分析與驗(yàn)證。
　　 本文首先根據(jù)中凸變橢圓活塞的精密數(shù)控車削加工要求,確定了快速刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)參數(shù),如位移精度、頻響、行程范圍、剛度、驅(qū)動(dòng)力和動(dòng)態(tài)性能等。鑒于PSA的行程較小這一事實(shí),目前基于PSA的FTS機(jī)構(gòu)中普遍采用了柔性鉸鏈微位移放大機(jī)構(gòu)。由于被控對象模型的精確

3、度對系統(tǒng)的控制精度有很大的影響,所以本文還介紹了借助頻率掃描獲取FTS機(jī)構(gòu)的頻率響應(yīng),然后利用受控自回歸(AutoRegressive with eXogenous input,簡稱ARX)模型對其進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)的方法。頻率響應(yīng)和階躍響應(yīng)結(jié)果表明,所用的FTS機(jī)構(gòu)具有較寬的頻帶和良好的隨動(dòng)性能。
　　 在開環(huán)、變頻、變負(fù)載情況下,壓電堆致動(dòng)器具有非常強(qiáng)烈的遲滯非線性特性,一最大遲滯可高達(dá)滿行程的43％。因此,建立遲滯模型進(jìn)行前饋補(bǔ)

4、償是十分必要的。在對傳統(tǒng)遲滯建模方法進(jìn)行回顧的基礎(chǔ)上,提出了一種基于Preisach原理和支持向量機(jī)(Support Vector Machine,簡稱SVM)算法的動(dòng)態(tài)混合泛化模型,一方面利用SVM代替了傳統(tǒng)Preisach建模過程中的雙線性插值算法和查找表的功能,另一方面能夠在寬頻變負(fù)載工況下,更精確地描述壓電陶瓷的遲滯特性,從而顯著提高了遲滯模型的泛化能力和預(yù)測精度。對比試驗(yàn)的結(jié)果表明,所提出的SVM動(dòng)態(tài)混合泛化模型是十分有效的。

5、
　　 中凸變橢圓活塞裙部的外型曲面在數(shù)控車削加工時(shí),刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)軌跡是精確預(yù)知的,而且刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)具有較強(qiáng)的周期性和重復(fù)性。針對這些特點(diǎn),提出了一種改進(jìn)的嵌入式重復(fù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并在穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上,給出了控制器參數(shù)的選擇方法。試驗(yàn)結(jié)果表明,變負(fù)載情況下,重復(fù)控制器的跟蹤誤差有所增大,但仍具有較高的跟蹤控制精度。
　　 采用數(shù)控車床加工中凸變橢圓活塞時(shí),完成活塞中凸型線加工的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和實(shí)現(xiàn)裙部橢圓加工的高頻