數控加工系統速度優化與補償


	智慧加工技術大幅度提高了加工工件的品質和效率，但我國企業在凸輪加工磨削方面大部分還停留在依賴靠模加工初加工、進口機床精加工的生產模式，這種生產模式早已不能滿足國家和社會發展的需求。近年來科研人員對數控加工過程進行深入研究，形成了速度優化與輪廓誤差補償兩大加工優化方向。　　本書彙集了筆者團隊自2009 年以來從事的數控凸輪軸磨床的開發工作、凸輪磨削加工的實驗研究工作，綜合應用數值方法、微分幾何、實體建模、優化方法，解決數控磨床加工過程中精度與效率的問題。書中的優化方法不僅可以解決數控凸輪加工精度問題，還可以解決曲軸等同類零件的加工問題。　　本書共分為10章，第1章～第3章闡述了數控加工的原理、工藝、加工路徑以及誤差檢測與評定；第4章和第5章闡述了速度優化與輪廓誤差演算法的理論依據與經驗優化方法；第6章基於實際數控磨床參數建立了模擬模型與凸輪磨削數學模型；第7章～第10章闡述了數控凸輪加工過程中的速度優化與輪廓誤差補償演算法。　　本書可提供給機械工程、自動化專業研究生作為教材使用，也可以提供給科研院所與企業研發人員、工程技術人員作為參考，尤其是對進行數控加工方面研究與應用的技術人員具有參考價值。　　（1）磨削理論與實踐操作緊密結合。本書中闡述數控凸輪磨削的理論、方法，均給出實際優化方法，實際操作難度較小，改造與優化成本較低，易於滿足企業實際加工需求。　　（2）對於相關磨削加工領域有較大的借鑒與推廣價值。本書針對特定磨削物件凸輪進行深入分析，凸輪對於加工進度要求較高，則與磨削相關加工領域，例如曲軸加工等同樣可以運用本書中的相關優化演算法。　　（3）數控磨削優化的切入角度較為新穎具有較大的學術價值。本書主要從控制學的角度進行深入剖析，在磨削理論方面引入了新的加工概念，針對各個影響磨削精度變數進行優化，促進了加工演算法的進一步研究。縮小了與國外公司在高磨削速度與高磨削精度機床上的技術差距。　　（4）便於拓展和學習。書中透過經典案例分析闡述凸輪磨削加工的優化技術，從凸輪輪廓分析、工藝過程、加工模擬過程的流程進行。書中帶了磨削VC模擬加工過程，Matlab/Simulink凸輪磨床模擬模型，便於讀者練習使用。


	目錄第1章概述 1.1 數控設備及數控加工 1.2 數值控制機床結構及原理 1.2.1 數控系統及伺服控制 1.2.2 數控系統實現刀具軌跡控制的關鍵 1.2.3 數控系統基本指令及數控編程 1.3 數控設備加工誤差參考文獻第2章凸輪的磨削加工 2.1 凸輪簡介 2.1.1 凸輪類型及特點 2.1.2 盤形凸輪 2.1.3 偏心輪 2.1.4 共軛凸輪 2.2 數控凸輪軸磨床的座標系 2.2.1 數控凸輪軸磨床的結構及主要運動 2.2.2 數控凸輪軸磨床的設備座標及參數 2.3 凸輪磨削的數據處理 2.3.1 凸輪升程表數據的預處理 2.3.2 升程數據的密化處理 2.3.3 凸輪輪廓及磨削關係計算 2.3.4 理想磨削過程及磨削曲線 2.3.5 砂輪的往復運動與疊加饋送 2.3.6 速度優化與輪廓誤差補償參考文獻第3章凸輪的檢測與輪廓誤差評定 3.1 凸輪輪廓測量儀結構及原理 3.1.1 凸輪測量儀的基本功能及分類 3.1.2 凸輪升程測量及滾輪半徑選取 3.1.3 共軛凸輪共軛度測量 3.1.4 典型凸輪測量儀簡介 3.2 凸輪輪廓誤差及特徵參數計算 3.2.1 凸輪的相位誤差與輪廓誤差 3.2.2 凸輪相位角的計算 3.2.3 凸輪的升程及輪廓曲線 3.2.4 升程檢測中的滾輪半徑折算 3.2.5 共軛凸輪的檢測與共軛計算 3.2.6 凸輪的誤差評定 3.3 凸輪檢測誤差 3.3.1 影響測量誤差的因素 3.3.2 減少誤差的措施參考文獻第4章凸輪模型的速度優化與輪廓補償 4.1 速度曲線及其與輪廓誤差的關係 4.1.1 跟隨誤差及其對輪廓誤差的影響 4.1.2 速度與跟隨誤差 4.1.3 基於同步滯後原理的速度優化 4.1.4 幾種基本的速度優化方法 4.2 凸輪的形位誤差補償 4.2.1 輪廓誤差補償 4.2.2 相位誤差補償 4.2.3 基圓半徑補償 4.3 提高凸輪磨削精度的基本原則參考文獻第5章基於經驗公式的速度優化與補償 5.1 基於經驗公式的速度優化 5.2 凸輪形位誤差的直接補償參考文獻第6章凸輪磨削的數學建模 6.1 機床各軸驅動動力學模型 6.1.1 X軸機械驅動數學模型 6.1.2 C軸機械驅動數學模型 6.1.3 X軸和C 軸的非線性因素機理分析 6.2 多軸聯動控制系統數學模型 6.2.1 對心直動尖頂從動件盤形凸輪 6.2.2 對心直動滾輪從動件盤形凸輪 6.2.3 對心直動平底從動件盤形凸輪 6.2.4 砂輪位置與凸輪轉角通用數學模型參考文獻第7章基於Cycle-to-Cycle回饋控制的輪廓補償 7.1 Cycle-to-Cycle的原理 7.1.1 CTC回饋控制概念 7.1 .2 CTC過程控制模型 7.2 CTC在凸輪磨削中的應用 7.2.1 基於 CTC優化的雙層輪廓誤差補償演算法 7.2.2 有效集方法 7.2.3 採用雙層優化的輪廓誤差控制參考文獻第8章凸輪磨削速度優化演算法 8.1 基於同步滯後的凸輪磨削速度優化演算法 8.1.1 單軸伺服追蹤誤差計算 8.1.2 基於同步滯後的凸輪輪廓誤差模型磨削速度優化演算法 8.1.3 仿真實驗與結果分析 8.2 基於當量磨削的凸輪轉速動態優化 8.2.1 準恆線速度磨削加工 8.2.2 基於恆當量磨削厚度的速度優化 8.2.3 基於遺傳演算法的凸輪轉速優化 8.2.4 磨削轉速動態優化仿真分析參考文獻第9章凸輪磨削誤差補償 9.1 凸輪磨削誤差補償的基本原理 9.2 基於疊代學習控制的交叉耦合控制 9.2.1 基本原理 9.2.2 仿真實驗與結果分析 9.3 凸輪磨削的仿形追蹤誤差補償 9.3.1 仿形追蹤 9.3.2 凸輪輪廓誤差模型 9.3.3 仿真實驗驗證 9.4 基於切向-輪廓控制與位置補償的凸輪輪廓控制 9.4.1 切向-輪廓控制演算法 9.4.2 整體輪廓誤差控制演算法 9.4.3 整體輪廓誤差控制演算法的仿真驗證 9.5 基於遺傳演算法的凸輪升程誤差修正 9.5.1 凸輪升程曲線優化準則 9.5.2 凸輪升程誤差修正 9.5.3 仿真實驗結果 9.6 基於等效誤差法和B雲規曲線的凸輪磨削演算法研究 9.6.1 等效誤差模型原理 9.6.2 等效誤差模型使用限定條件 9.6.3 B雲規曲線即時插補演算法及其隱函式化方法 9.6.4 Caley隱函式化方法 9.6.5 回饋線性化控制器設計 9.6.6 凸輪磨削系統中不確定性干擾的分析 9.6.7 回饋線性化控制器的計算過程 9.6.8 基於回饋線性化控制器設計的仿真分析 9.6.9 基於RBF神經網路的等效積分滑模控制器設計 9.6.10 RBF神經網路自適應控制增益調整參考文獻第10章基於GCTC優化的凸輪輪廓誤差的雙閉環控制 10.1 廣義CTC回饋控制 10.2 基於GCTC控制的數控凸輪磨削的閉環輪廓曲線控制參考文獻