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多轴联动和数字化控制是机床发展的趋势,二轴回转工作台是机床的重要功能部件,已成为国内外研究的热点。本文详细介绍了由液压马达驱动的可实现二轴联动的回转工作台的设计、结构有限元分析、控制系统建模和控制系统参数优化等内容。 首先,本文说明了选用液压马达驱动的原因;介绍了二轴回转工作台的工作原理。以工作台中的一轴为例,介绍了系统的硬件组成。介绍了角度测量元件圆光栅的选用;分析了UMAC通用机床自动控制器的各功能模块的组成及基本功能;给出了电液伺服阀的基本结构和分类,根据液压马达流量大小选定了合适的电液伺服阀;设计了能实现从10±V电压量到mA电流量转换的电压电流转换电路。 其次,本文通过比较了立式结构工作台和卧式结构工作台的特点,选定了立式结构并按照尺寸要求和马达容积最大化原则设计了立式工作台的具体结构,分析了结构设计中需要重点考虑的几个问题;分析了马达泄漏来源,由流体力学原理推导了液压马达端面泄漏和径向泄漏计算公式。 再次,本文利用ANSYS静力分析模块校核了马达定子密封的可靠性及定叶片的变形大小;运用ANSYS/Workbench软件分析了偏转马达和工作台整体的模态特性,得出了二者的前四阶模态振型和固有频率。 最后,本文建立阀控液压马达的动力学模型,在此基础上求解了偏摆马达和工作台整体的传递函数;运用Matlab/Simulink仿真工具箱按照既定的要求分别对偏摆马达和立式回转工作台系统的传递函数进行了参数优化,绘制了系统开环幅频和相频特性曲线,计算了系统的相位裕量和幅值裕量。