摘要：随着凸轮加工数控技术的发展，凸轮的磨削方式已经摒弃了一些传统的硬靠模的凸轮加工磨削方式，从而采用了数字化、智能化、精密化的凸轮加工数控磨削方式。对于传统的数控凸轮制造而言，凸轮轮廓的加工和磨削是依赖于砂轮主轴(C轴)的旋转运动和对砂轮支撑架轴(X轴)进给运动的联动控制系统来实现的，本研究课题在研究了数控凸轮磨削加工方式和工艺特点的研究基础上，采用反转法建立了X-C两轴电机联动的三闭环数学凸轮磨削加工模型，进而完成了关键步骤升程表数据到伺服系统的输入数据值的计算和转化。X轴驱动器采用高速进给的机械加工方式，是当前关于数控凸轮的磨削和机械加工的一个热点话题。其中例如：以直线电机或超磁致伸缩驱动器驱动X轴运动。本课题分别对单轴进行了系统建模和设计以及控制系统仿真。首先介绍了直线电机和超磁致伸缩驱动器的工作原理，建立其数学模型。其次搭建了以其为控制对象的三闭环控制系统，控制器采用PID控制，并建立对比仿真模型。最后进行matlab仿真实验，通过调节控制器的PID控制参数使控制达到理想效果。

实验结果表明，与传统的加工方式相比，无论是采用直线电机驱动还是超磁致伸缩驱动器驱动，他们在跟踪误差和轮廓误差方面的精度都大大提高，且仿真实验结果与理论大致相同。

关键词：凸轮磨削，高速进给，直线电机，超磁致伸缩

目 录

摘 要

Abstract

第一章 绪论-1

1.课题背景及研究意义-1

2.国内外研究现状-2

3. 本课题主要内容及章节安排-4

第二章 凸轮旋转轴与砂轮进给轴的联动关系数学模型-5

2.1 引言-5

2.2 凸轮、凸轮轴及凸轮机构-5

2.2.1 凸轮、凸轮轴-5

2.2.2 凸轮机构-5

2.3 凸轮转角与砂轮进给数学关系推导-6

2.3.1 反转法建立联动数学模型-6

2.3.2 速度瞬心法-9

2.4 利用MATLAB对升程表数据处理-10

2.5 本章小结-12

第三章 进给轴不同驱动方式的数学模型建立-13

3.1 引言-13

3.2 直线电机伺服系统数学模型的建立-13

3.2.1 永磁同步直线电机的基本结构及其工作原理-13

3.2.2 永磁同步直线电机的数学模型-14

3.3 超磁致伸缩驱动器伺服系统数学模型的建立-17

3.3.1超磁致伸缩材料简介-17

3.3.2超磁致伸缩材料的工作机理-18

3.3.3 自传感型GMA-19

3.3.4 超磁致伸缩驱动器的控制特性-20

3.4本章小结-21

第四章 高速进给的凸轮磨削加工控制系统仿真平台的搭建-21

4.1引言-21

4.2 误差模型-22

4.2.1 定义-22

4.2.1 轮廓误差数学模型-22

4.3直线电机仿真模型的搭建-24

4.3.1 三闭环控制原理-24

4.3.2 PID控制-25

4.3.3直线电机仿真模型-26

4.3.4时域分析和频域分析-27

4.4 超磁致伸缩驱动器仿真模型的搭建-28

4.4.1 仿真模型-28

4.5 C轴凸轮旋转轴仿真模型的搭建-29

4.6 本章小结-30

第5章  仿真分析-31

5.1引言-31

5.2常规系统加工方式-31

5.3仿真误差的分析-32

5.4 本章小结-33

第六章 总结与展望-34

6.1 全文总结-34

6.2 研究展望-34

参考文献-36

附录-38

致谢-41