【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业制造领域，尤其涉及一种基于新式龙门结构的小型切削装置。
技术介绍
1、计算机与现代设计技术的进步催生了数控加工技术，极大提升了制造业产能。面对制造行业对产能持续增长的需求，数控切削装置的应用领域正不断拓展。但在小型及微型零件加工上，传统大型数控切削装置暴露了其局限性，包括能源浪费、空间占用大、成本高昂及效率低下等问题。小型切削装置则凭借更低的成本、更高的空间效率以及运动部件惯量减小的优势，展现出高速与高精度的运动控制潜力，成为小型零件制造的革新选择。然而市面上现有的小型切削装置的主轴转速往往比较固定，且调节范围较小，这在加工不同类型材料时限制了其灵活性，尤其是在需要高转速进行精细加工时，可能无法满足需求。除此以外，许多小型切削装置仍然依赖人工操作，自动化程度相对较低，这使得其生产效率较低，且存在人为操作失误的风险。针对上述问题，急需研制一种新型的小型高速数控切削装置，以解决目前制造业中的以上弊端。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的目前制造业中在加工小型工件时采用传统切削装置所引发的占地面积大、生产性价比低、自动化程度低等问题，本专利技术提供了一种基于新式龙门结构的小型切削装置来解决上述问题。
2、本专利技术通过以下技术手段实现上述技术目的。
3、一种基于新式龙门结构的小型切削装置，包括x方向线性模组、z方向线性模组、y方向线性模组a、y方向线性模组b、机床安装底板以及用于综合控制铣床工作的控制系统；x方向线性模组、y方向线性模组a、y
4、进一步地，所述x方向线性模组包括x方向线性模组安装底板，x方向线性模组安装底板两端分别通过螺栓固定有电机安装板、丝杆安装板，电机安装板上安装有驱动电机，驱动电机动力输出端通过联轴器连接丝杆，丝杆另一端安装在丝杆安装板上，联轴器连接驱动电机和丝杆；电机安装板、丝杆安装板之间通过螺栓安装有两根导轨，滑台滑动安装在导轨上，并且与丝杆螺纹配合；滑台上通过螺栓安装有连接板，用于实现滑台通过连接板与z方向线性模组连接；x方向线性模组安装底板通过螺栓以及l型连接块固定于y方向线性模组a以及y方向线性模组b的连接板上。
5、进一步地，所述z方向线性模组也包括驱动电机、电机安装板、联轴器、滑台、导轨、丝杆、连接板、z方向线性模组安装底板，且各部件之间安装方式与x方向线性模组相同；z方向线性模组还包括电主轴固定块；
6、z方向线性模组中，连接板通过螺栓固定于滑台上，用于与电主轴固定块连接，带动其沿z方向移动；z方向线性模组安装底板通过螺栓固定在x方向线性模组的连接板上，固定位置为距离z方向线性模组的驱动电机三分之二位置处。
7、进一步地，所述控制系统通过坐标变换解耦设计y方向的双轴控制系统，实现对y方向线性模组a和y方向线性模组b的运动控制，进而防止发生龙门偏移，具体如下：
8、永磁同步电机的机械运动方程为：
9、
10、式中，m为转子质量，kf为推力系数，c为摩擦系数，f为负载阻抗力，iq为定子电流，为转子加速度，为转子速度；
11、令iq为输入量，v为输出，则对象模型的传递函数为：
12、
13、双轴运动系统的简化动态模型为：
14、
15、其中，和分别为y方向线性模组a和y方向线性模组b方向的加速度，和分别为y方向线性模组a和y方向线性模组b方向的速度，uy1和uy2分别为y方向线性模组a和y方向线性模组b的控制输入；
16、定义位置误差为期望位置ep和实际位置ap之间的距离e，表示为：
17、e＝||ap-ep||
18、根据二维坐标变换矩阵得出：
19、
20、其中，ey1和ey2分别为y方向线性模组a和y方向线性模组b上滑台的运动误差；et是切向误差，ec是轮廓误差，θ为实际坐标系与参考坐标系间的旋转角度；
21、基于双轴系统的动力学模型和误差分解，建立动态误差方程：
22、
23、其中，fy1和fy2是系统分别在y1-轴和y2-轴方向上的动力学模型，cy1和cy2是摩擦因数，ky1和ky2是增益因子，和分别为y方向线性模组a和y方向线性模组b运动过程中的速度误差；
24、动态误差方程进一步描述了系统误差随着时间的变化，且每个方向上的误差都可以独立地进行控制；基于模型误差以及动态误差方程，构建轮廓误差控制器来确保系统的精度和稳定性：
25、
26、其中，kd是轮廓误差的微分增益，ki是轮廓误差的积分增益，kc是轮廓误差的比例增益；是轮廓误差方向的速度误差；ec是轮廓误差；将上述计算出的和ey1和ey2分别代入和ec中，得到对应的误差控制加速度在实际控制中，通过数值大小使用pid控制器调整y方向线性模组驱动电机输出信号来控制误差。
27、本专利技术具有如下有益效果：
28、本专利技术实现了切削装置的小型化，避免了在加工小型工件时采用传统切削装置所引发的占地面积大、生产性价比低、由于传统切削装置运动惯量大而难以达到高速运转等问题；同时，由于本专利技术的龙门设计偏低，解决了传统切削装置在高速运转时由于龙门重心偏高引发的振动问题；另外，本专利技术还通过坐标变换解耦设计y方向的双轴控制系统，来实现对y方向线性模组的智能化运动控制，防止发生龙门偏移，保证切削装置工作的稳定性和安全性。
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1.一种基于新式龙门结构的小型切削装置，其特征在于，包括X方向线性模组(1)、Z方向线性模组(2)、Y方向线性模组A(3)、Y方向线性模组B(4)、机床安装底板(5)以及用于综合控制铣床工作的控制系统；X方向线性模组(1)、Y方向线性模组A(3)、Y方向线性模组B(4)结构组成均相同，其中，Y方向线性模组A(3)、Y方向线性模组B(4)相互对称布置在机床安装底板(5)上；X方向线性模组(1)安装在Y方向线性模组A(3)、Y方向线性模组B(4)之间，Z方向线性模组(2)安装在X方向线性模组(1)上。
2.根据权利要求1所述的基于新式龙门结构的小型切削装置，其特征在于，所述X方向线性模组(1)包括X方向线性模组安装底板(27)，X方向线性模组安装底板(27)两端分别通过螺栓固定有电机安装板(22)、丝杆安装板，电机安装板(22)上安装有驱动电机(21)，驱动电机(21)动力输出端通过联轴器(23)连接丝杆(26)，丝杆(26)另一端安装在丝杆安装板上，联轴器(23)连接驱动电机(21)和丝杆(26)；电机安装板(22)、丝杆安装板之间通过螺栓安装有两根导轨(25)，滑台(
3.根据权利要求2所述的基于新式龙门结构的小型切削装置，其特征在于，所述Z方向线性模组(2)也包括驱动电机(21)、电机安装板(22)、联轴器(23)、滑台(24)、导轨(25)、丝杆(26)、连接板(51)、Z方向线性模组安装底板，且各部件之间安装方式与X方向线性模组(1)相同；Z方向线性模组(2)还包括电主轴固定块(31)；
4.根据权利要求1所述的基于新式龙门结构的小型切削装置，其特征在于，所述控制系统通过坐标变换解耦设计Y方向的双轴控制系统，实现对Y方向线性模组A(3)和Y方向线性模组B(4)的运动控制，进而防止发生龙门偏移，具体如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于新式龙门结构的小型切削装置，其特征在于，包括x方向线性模组(1)、z方向线性模组(2)、y方向线性模组a(3)、y方向线性模组b(4)、机床安装底板(5)以及用于综合控制铣床工作的控制系统；x方向线性模组(1)、y方向线性模组a(3)、y方向线性模组b(4)结构组成均相同，其中，y方向线性模组a(3)、y方向线性模组b(4)相互对称布置在机床安装底板(5)上；x方向线性模组(1)安装在y方向线性模组a(3)、y方向线性模组b(4)之间，z方向线性模组(2)安装在x方向线性模组(1)上。
2.根据权利要求1所述的基于新式龙门结构的小型切削装置，其特征在于，所述x方向线性模组(1)包括x方向线性模组安装底板(27)，x方向线性模组安装底板(27)两端分别通过螺栓固定有电机安装板(22)、丝杆安装板，电机安装板(22)上安装有驱动电机(21)，驱动电机(21)动力输出端通过联轴器(23)连接丝杆(26)，丝杆(26)另一端安装在丝杆安装板上，联轴器(23)连接驱动电机(21)和丝杆(26)；电机安装板(22...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖茂华，李思贤，陈可，朱烨均，陈竹泉，吕铁力，陈泰，吴翔宇，张晖，徐伟雄，吉姝颖，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：
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