论文摘要：基于机电耦合的数控机床综合动态特性建模与仿真研究

数控机床机电耦合综合动态特性是影响机床最终加工性能的重要方面。本论文以一种新型直线电机驱动的并联结构车铣复合机床为研究对象，应用数控机床虚拟样机技术，研究了该类型机床的机构特性和典型结构件动态优化设计方法、机械系统多体动力学建模和直线电机伺服控制系统建模、综合机械结构和伺服控制系统的机床的机电耦合建模与仿真等关键技术问题，基于机床物理样机对仿真模型进行了优化和实验验证。 基于车铣复合机床研究平台，研究了非对称并联刀架机构的理论特性，包括运动学性能分析、奇异形位和灵巧度分析以及静力分析等，基于机构分析结果开发了并联刀架机构分析软件，可以为刀架机构的尺寸优化设计提供指导；与此同时，由于机床的伺服进给系统采用了全直线电机驱动的新型驱动方式，对机床结构件的静动态性能提出了更高的要求，故本文提出了一种该类型机床典型结构件的优化设计方案，并采用基于结构灵敏度优化和拓扑优化两种方法实现了车铣复合机床h形固定架和Z轴导板两个关键结构件的动态优化设计，取得了良好的静动态性能指标。 基于多体动力学仿真软件MSC.ADAMS建立了车铣复合机床的机械系统模型，基于经典的PID控制策略建立了直线电机伺服控制系统模型，并采用工程设计方法实现了控制器参数的初步整定，研究了主要控制参数对伺服系统性能的影响。采用多平台联合仿真的方式，建立了包括机械结构和伺服控制系统的机床整机机电一体化运动性能仿真模型，并对典型的圆弧加工轨迹进行了仿真研究；以车铣复合机床Z轴伺服进给系统为研究对象，分别采用单自由度和两自由度模型研究了该系统的伺服刚度和机电耦合动态特性，进而提出了一种反映数控机床进给系统刚柔-机电耦合动态性能的建模方法并进行仿真研究。 以上仿真优化结果为车铣复合机床的设计制造提供了参考依据，在该机床物理样机平台上进行相关的实验研究和性能测试，包括导轨结合面参数辨识和机械系统动态性能测试、伺服进给系统位置响应测试和伺服动刚度测试、机电耦合频率响应测试，实现了对机床性能的评价，同时验证了仿真模型的可行性和有效性。

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