機械專業畢業論文開題報告

　　開題報告是指開題者對科研課題的一種文字說明材料。這是一種新的應用寫作文體，這種文字體裁是隨著現代科學研究活動計劃性的增強和科研選題程序化管理的需要而產生的。小編整理了機械專業畢業論文開題報告，希望對你有用。

　　1 課題提出的背景與研究意義

　　1.1 課題研究背景

　　在數控機床移動式加工中移動部件和靜止導軌之間存在著摩擦，這種摩擦的存在增加了驅動部件的功率損耗，降低了運動精度和使用壽命，增加了運動噪聲和發熱，甚至可能使精密部件變形，限制了機床控制精度的提高。由于摩擦與運動速度間存在非線性關系，特別是在低速微進給情況下，這種非線性關系難以把握，可能產生所謂的尺蠖運動方式或混沌不清的極限環現象，嚴重破壞了對微進給、高精度、高響應能力的進給性能要求。為此，把消除或減少摩擦的不良影響，作為提高機床技術水平的努力方向之一。該課題提出的將磁懸浮技術應用到數控機床加工中，即可以做到消除移動部件與靜止導軌之間存在的摩擦及其不良影響。對提高我國機床工業水平及趕上或超過國際先進水平具有重大意義，且社會應用前景廣闊。

　　1.2課題研究的意義

　　機床正向高速度、高精度及高度自動化方向發展。但在高速切削和高速磨削加工場合，受摩擦磨損的影響，傳統的滾動軸承的壽命一般比較短，而磁懸浮軸承可以克服這方面的不足，磁懸浮軸承具有的高速、高精度、長壽命等突出優點，將逐漸帶領機電行業走向一個沒有摩擦、沒有損耗、沒有限速的嶄新境界。超高速切削是一種用比普通切削速度高得多的速度對零件進行加工的先進制造技術，它以高加工速度、高加工精度為主要特征，有非常高的生產效率，磁懸浮軸承由于具有轉速高、無磨損、無潤滑、可靠性好和動態特性可調等突出優點，而被應用于超高速主軸系統中。要實現高速切削，必須要解決許多關鍵技術，其中最主要的就是高速切削主軸系統，而選擇合理的軸承型式對實現其高轉速至關重要。其中，磁懸浮軸承是高速切削主軸最理想的支承型式之一。磁懸浮軸承可以滿足超高速切削技術對超高速主軸提出的性能要求。但它與普通滑動或滾動軸承的本質區別在于，系統開環不穩定，需要實施主動控制，而這恰恰使得磁懸浮軸承具有動特性可控的優點磁懸浮軸承是一個復雜的機電磁一體化產品，對其精確的分析研究是一項相當困難的工作，如果用實驗驗證則會碰到諸如經費大、周期長等困難，在目前國內情況下不能采取國外以試驗為主的研究方法，主要從理論上進行研究，利用計算機軟件對磁懸浮控制系統進行仿真是一種獲得磁懸浮系統有關特征簡便而有效的方法。這就是本課題的研究目的和意義。

　　2 本課題國內外的研究現狀

　　磁懸浮軸承的應用與發展可以說是傳統支承技術的革命。由于具有無機械接觸和可實現主動控制兩個顯著的優點，主動磁懸浮軸承技術從一開始就引起了人們的重視。磁懸浮軸承的研究最早可追溯到1937年，Holmes和Beams利用交流諧振電路實現了對鋼球的懸浮。自1988年起，國際上每兩年舉行一屆磁懸浮軸承國際會議，交流和研討該領域的最新研究成果；1990年瑞士聯邦理工學院提出了柔性轉子的研究問題，同年G.Schweitzer教授提出了數字控制問題；1998年瑞士聯邦理工學院的R.Vuillemin和B.Aeschlimann等人提出了無傳感器磁懸浮軸承。近十年，瑞士、美國、日本等國家研制的電磁懸浮軸承性能指標已經很高，并且已成功應用于透平機械、離心機、真空泵、機床主軸等旋轉機械中，電磁懸浮軸承技術在航空航天、計算機制造、醫療衛生及電子束平版印刷等領域中也得到了廣泛的應用。縱觀2006年在洛桑和托里諾召開的第10界國際磁軸承研討會，磁軸承主要應用研究為磁軸承在高速發動機、核高溫反應堆（HTR-10GT）、人造心臟和回轉儀等方面。國內在磁懸浮軸承技術方面的研究起步較晚，對磁懸浮軸承的研究起步于80年代初。

　　1983年上海微電機研究所采用徑向被動、軸向主動的混合型磁懸浮研制了我國第一臺全懸浮磁力軸承樣機；1988年哈爾濱工業大學的陳易新等提出了磁力軸承結構優化設計的理論和方法，建立了主動磁力軸承機床主軸控制系統數學模型，這是首次對主動磁力軸承全懸浮機床主軸從結構到控制進行的系統研究；1998年，上海大學開發了磁力軸承控制器（600W）用于150m制氧透平膨脹機的控制；2000年清華大學與無錫開源機床集團有限公司合作，實現了內圓磨床磁力軸承電主軸的工廠應用實驗。目前，國內清華大學、西安交通大學、國防科技大學、哈爾濱工業大學、南京航空航天大學等等都在開展磁懸浮軸承方面的研究。2002年清華大學朱潤生等對主動磁懸浮軸承主軸進行磨削試驗，當轉速60000r／min、法向磨削力100N左右時，精度達到小于8m的水平，精磨磨削效率基本達到工業應用水平。2003年6月，南京航空航天大學磁懸浮應用技術研究所研制的磁懸浮干燥機的性能指標已通過江蘇省技術鑒定，向工業應用邁出了可喜的一步。2005年“濟南磁懸浮工程技術研究中心”研制的磁懸浮軸承主軸設備，在濟南第四機床廠做磨削試驗，成功磨制出一個內圓孔工件，這是我國第一個用磁懸浮軸承主軸加工的工件。此項技術填補了國內空白。近幾年來，由于微電子技術、信號處理技術和現代控制理論的發展，磁懸浮軸承的研究也取得了巨大進展。

　　從總體上看，磁懸浮軸承技術正向以下幾個方向發展：

　　(1)理論分析更注重系統的轉子動力學分析，更多地運用非線性理論對主動

　　磁懸浮轉子系統的平衡點和穩定性進行分析；更注重建立系統的非線性耦合模型以求得更好的性能。

　　(2)注重系統的整體優化設計，不斷提高其可靠性和經濟性，以期獲得磁懸浮軸承更加廣泛的應用前景。

　　(3)控制器的實現越來越多的采用數字控制。為達到更高的性能要求，控制器的數字化、智能化、集成化成為必然的發展趨勢。由于數字控制器的靈活性，各種現代控制理論的控制算法均在磁懸浮軸承上得到嘗試。

　　(4)發展了多種新型磁懸浮軸承如：無傳感器磁懸浮軸承、無軸承電機超導磁懸浮軸承、高溫磁懸浮軸承。此外，磁懸浮機床主軸在各方面也有較大的發展空間如：高潔凈鋼材Z鋼和EP鋼的引入；陶瓷滾動體，重量比鋼球輕40%；潤滑技術的開發，對于高速切削液的主軸，油液和油霧潤滑能有效防止切削液進入主軸；保持架的開發，聚合物保持架具有重量，自潤滑及低摩擦系數的特點從應用的角度看，磁懸浮軸承的潛力尚未得到的發掘，而它本身也未達到替代其它軸承的水平，設計理論，控制方法等都有待研究和解決。

　　3 課題的研究目標與研究內容

　　3.1 研究目標

　　控制器是主動控制磁懸浮軸承研究的核心，因此正確選擇控制方案和控制器參數，是磁懸浮軸承能夠正常工作和發揮其優良性能的前提。該課題主要研究單自由度磁懸浮系統，其結構簡單，性能評判相對容易、研究周期短，并且可以擴展到多自由度磁懸浮系統的研究。針對磁懸浮主軸系統的非線性以及在控制方面的特點，該課題探索出提高系統總體性能和動態穩定性的有效控制策略。

　　3.2 主要研究內容

　　（1）闡述課題的研究背景與意義，對國內外相關領域的研究狀況進行綜述。

　　（2）對磁懸浮機床主軸的動力學模型進行分析，并將其數值化、離散、解耦和降階等，為后續研究

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