高速加工中心进给系统多领域建模技术的研究

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随着现代机械加工的高速、高精、高效发展,各行各业对机床进给系统的系统性能提出了更高的要求。与传统的实验方法相比,仿真技术是系统性能研究高效率、低成本的有效方法。机床进给系统是由机、电、热、控等不同学科领域构成的有机整体,系统性能仿真的高精度体现在系统多领域耦合关系上。目前进给系统的建模研究仅局限于单领域、机电耦合、热机耦合等方面,很少涉及机电热控等多领域全系统的建模与仿真,难以综合考虑领域间的耦合关系,制约了系统仿真可信度的进一步提高。伴随着计算机仿真技术的日趋成熟,有关复杂系统的多领域仿真技术也在不断发展,特别是基于Modelica统一语言的多领域建模方法。该方法以建模方便、模型重用性高、可扩展性好等优势特点广泛应用于飞机、卫星等复杂系统的多领域建模仿真。本文围绕高速卧式加工中心HMC80进给系统多领域耦合建模与仿真方法展开,探索基于Modelica统一语言建立该物理系统多领域耦合模型的技术途径,以提高系统统一仿真模型的建模效率与系统性能仿真精度。具体工作在于:(1)基于模块化建模思想的优势,提出了结合modelica多领域建模方法对机床进给系统实现多领域模块划分的方法,并设计了仿真建模流程。(2)根据进给系统的多领域模块划分,在系统的机械、电气、控制和传热部分的多领域数学模型的基础上,基于统一仿真平台,分别建立了各领域子系统的子模块,并建立了多领域接口转化器,初步实现了进给系统多领域模型库的开发。(3)调用模型库建立进给系统多领域统一模型,并搭建实验测试平台。通过对比分析系统的定位特性与温升特性仿真结果与测试结果,验证了进给系统模型库的可行性与有效性。总之,基于Modelica统一语言的多领域建模方法可以解决机床进给系统的多领域耦合问题,实现不同领域间的无缝集成和数据交换,为进给系统的多领域耦合系统性能仿真提供了有效的建模途径,同时为加工中心整机系统性能建模提供理论依据,有一定的工程实际意义。
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