毕业论文-数控机床用直线电机的设计与研究Word格式.doc
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指导教师：
摘要 I
Abstract II
第一章绪论 1
1.1直线电机的发展 1
1.2直线电机在数控机床上应用的现状 1
1.3直线电机的工作原理 2
1.4本文的研究内容与意义 3
1.4.1本文的主要研究内容 3
1.4.2本文的研究意义 3
1.5结语 4
第二章直线电机的改进设计 5
2.1弹性支承直线电机结构分析 5
2.2现有直线电机的磁路分析及改进措施 8
2.2.1磁性材料 9
2.2.2磁路设计基本原理 11
2.2.3磁路的简单计算 14
2.3改进型直线电机的结构设计与分析 17
2.3.1线圈及线圈骨架的设计 18
2.3.2骨架支承的设计和连接 18
2.3.3弹性支承的设计及刚度计算 19
2.4直线测速发电机的设计 21
2.5小结 23
第三章直线电机的建模及仿真 24
3.1直线电机在SOLIDWORKS软件中的建模 24
3.1.1SolidWorks软件简介 24
3.1.2用SolidWorks软件进行建模 24
3.2对建立的模型在ADAMS软件中进行动作仿真 31
3.2.1ADAMS的简介 31
3.2.2动作仿真过程 31
第四章动态切削力和板状弹簧的有限元分析 33
4.1引言 33
4.2有限元软件ANSYS介绍 33
4.2.1ANSYS的模块介绍 33
4.2.2ANSYS软件提供的分析类型 35
4.2.3ANSYS计算分析的载荷 36
4.3非圆车削动态切削力的有限元分析 37
4.3.1基于ANSYS的动态切削力分析 37
4.3.2直线电机板状弹簧刚度的有限元分析 37
第五章直线电机电磁场有限元分析 41
5.1电磁场的有限单元法 41
5.1.1基本方程 41
5.1.2位函数及边界条件 41
5.1.3有限元法的求解 43
5.2电磁力计算方法 43
5.2.1电磁场的虚功法 44
5.2.2电磁场的MAXWELL张量法 44
5.3ANSYS有限元建模 45
5.4求解及后处理 46
5.5磁路ANSYS计算程序（APDL命令流） 47
5.6小结 55
第六章直线电机的改进 56
6.1现有非圆车削系统存在的问题 56
6.2补偿方法和改进建议 56
6.2.1针对动态切削力和干扰信号的补偿方法 56
6.2.2针对系统阻尼小的改进建议 58
6.3小结 62
第七章总结和展望 63
致谢 64
参考文献 65
摘要
论文所研究的直线电机是应用于数控非圆车削系统中的。
数控非圆车削是一种高精度车削加工技术。
工业计算机控制微进给机构，驱动刀具按照预先设计的参考输入轨迹沿被加工零件径向作高频率往复运动，从而车削加工出具有非圆横截面形状的零件。
论文首先介绍了直线电机的发展历史和分类，分析了永磁伺服直线电动机的工作原理。
建立了直线电机的数学模型。
为了寻找影响直线电机综合性能的关键参数、获得改进设计的突破点，本文对直线电机添加位置反馈控制、PID控制、速度反馈控制等方案，利用MATLAB数值分析软件对上述控制过程进行了仿真计算。
通过仿真，获得了影响直线电机性能的重要因素，改进设计将从这些影响因素出发来提高直线电机的综合性能。
本论文对弹性支承直线电机的机械结构和永磁体磁路作了全面地分析。
通过对原直线电机磁路进行分析、计算，指出该磁路中存在漏磁通大、工作气隙处磁感应强度太小等缺点。
针对这些缺点提出了改进方案，并且通过磁路的计算对比，证实了改进后的磁路有效的减小了漏磁、提高了工作气隙处磁感应强度。
为了减轻动子质量，对线圈、线圈骨架和骨架支撑的结构做了重要改进。
为了提高弹性支承直线电机的静态刚度，使用了有限元计算软件MARC事先对弹性支承进行分析，在保证刚度的同时确定了合理的结构尺寸。
为了提高系统的阻尼，设计了直线测速传感器。
论文还介绍了直线电机装配过程中遇到的问题和解决方法，这些问题关系到直线电机能否正常工作，是装配过程中的关键。
通过试验获得了直线电机的各项性能参数。
论文最后总结了完成的工作以及取得的成果，对弹性支承直线电机的发展作了展望，为今后进一步改进设计提出了建议，这些建议对以后的设计工作有一定的指导意义。
关键词：
直线电机，数控非圆车削，计算机仿真,磁路设计
Abstract
Thelinearmotorstudiedinthisdissertationisappliedtonumericallycontrolled,non-circularmachining,whichisprovidedwithahighprecisionturningtechnology.Thelinearmotor,controlledbyindustrialcomputer,drivesthecuttertooscillateatahighfrequencyalongthepre-determinedreferenceinputpathperpendiculartothespinningaxisofthemachinedworkpiece,andgenerateaworkpiecewithnon-circularshapedcross-sections.
Thehistoryandclassificationoflinearmotorwasfirstmentionedinthisdissertation,also,theprincipleofpermanent-magnetservolinearmotorwasintroduced.Mathematicalmodeloflinearmotorwasconstructed.Positionfeedbackcontrol,PIDcontrol,velocityfeedbackcontrolwereanalyzedinordertofindoutthekey-parameterswhichaffectedthegeneralperformanceoflinearmotor,andtofindtheentranceofredesign.MATLABwasusedtogetthesimulationoftheabovecontrolprocesses.Throughsimulationanalysis,key-parameterswerefound.Baseonthese,thetaskofredesigninglinearmotorwasreified,andbyimprovingthese,theperformanceoflinearmotorcanbeenhanced.
Inthedissertation,thestructureoflinearmotorandthemagnetism-loopofpermanentmagnetwerecomprehensivelyanalyzed.Throughtheanalysisandcomputationsofmagnetism-loopofpreviouslinearmotor,thebigleakagefluxandthesmallactualairgapfluxdensitywerepointedout.Byimprovingtheseshortcomings,amelioratedesignwasgiven.Continuewiththeanalysisandcomputationsofamelioratedesign,itvalidatedthattheleakagefluxwasreducedandtheairgapfluxdensitywasenhancedexactly.Inordertoreducemassofthemover,thestructureofcoin,coinframeworkandthesupportofframeworkwereredesigned.Inordertoenhancethestiffnessofthelinearmotor,thesoftwareoffiniteelementcomputation,MARC,wasusedtocomputethestiffness,andthenthelogicalstructuredimensionwasgiven.Inordertoenhancethesystemdamp,linearspeedsensorwasdesigned.Basedonallofthese,thedesignschemeanddetaileddrawingofthenewversionlinearmotorwasputforward.
Theproblemsoccurredduringtheprocessofassemblyoflinearmotorandit’sresolventwerementionedinthisdissertation.Solvingtheseproblemswassoimportantthatitdetermineswhetherthelinearmotorcouldworknormally.Theparameteroflinearmotorwasgainedthroughtest.Furthermore,intheendofthisdissertation,thetaskfinishedandtheharvestobtainedweresummarized,alsothefollowingimprovingviewofthelinearmotorwasmentioned.Someadvicesweregiven,whichwasgatheredfrompracticaltask,couldbehelpfulinfuture.
Keywords:
LinearMotor,NumericallyControlledNon-circularMachining,ComputerSimulation，Magnetism-loopDesign
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