双轴驱动数控工作台摩擦特性试验研究

论文摘要

随着科学技术的发展,机床日益向高速、高效、精密和自动化方向发展,因此对其加工性能的要求也越来越高。为了使机床能够高速、高效、高质量地工作,其结构必须具有良好的动态特性。又由于机床结构的动态特性对其工作性能、效率、稳定性和可靠性等有很大的影响,目前已经成为衡量机床结构性能好坏的重要指标。因此,提高机床结构的动态性能已经成为机床行业走向现代化的研究课题之一。数控机床可靠性追求的最终目标是保证机械零件的加工精度。而加工精度的保证则需要从最初的机械本体设计和机械加工过程的伺服控制精度来保证。因此如何提高进给系统控制精度是保证机械零件加工精度的重要因素之一。影响进给伺服系统控制精度原因是切削过程系统摩擦力和切削力等变化,造成伺服系统跟踪误差,影响最终零件的加工精度。本文以国家重大科技专项——高档数控机床可靠性研究为题材,以由Siemens840D数控系统控制的HMC500高速卧式加工中心为研究对象,利用840D用户二次再开发功能,在数控加工过程中在线获取数控系统的参数,构成数控机床“绿色试验检测系统”,从而获得所需的实验数据。HMC500高速卧式加工中心的X轴为双伺服电动机双滚珠丝杠驱动,两个丝杠在工作过程中一个承受是拉力,另一个承受压力；本文针对X轴这一特性进行研究。主要研究了：(1)构造双轴驱动数控工作台的动力学模型。(2)对实验数据进行数值计算,找出在同一速度下电机电流与工作台位置的8次多项式的关系,作出理论曲线和实际曲线并计算出理论曲线与实际曲线之间的误差。(3)对实验进行分析,针对实验数据计算研究了两个电机之间的关系,以及电机总电流与工作台位置之间的关系,给出了计算出的8次多项式的系数与工作台速度之间的关系,最后给出电机电流与工作台位置,速度的总关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究的发展现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 双轴驱动数控工作台动力学模型
• 2.1 双轴驱动数控工作台结构
• 2.2 双轴驱动数控工作台动力学模型
• 2.2.1 伺服电机力矩方程
• 2.2.2 滚珠丝杠副动力学模型
• 2.2.3 工作台动力学模型
• 2.3 电机输出力矩与工作台受摩擦力方程
• 2.4 摩擦力模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 数值计算结果及分析
• 3.1 最小二乘法
• 3.1.1 数据拟合的最小二乘法原理
• 3.1.2 数据拟合最小二乘法计算方法
• 3.1.3 数据拟合最小二乘法在Matlab中的实现
• 3.2 试验系统
• 3.3 实验数据计算
• 3.3.1 电机X1在不同速度情况下电流与工作台位置的关系
• 3.2.2 电机X2在不同速度情况下位置与电流关系
• 3.4 本章小结
• 第4章 实验分析
• 4.1 电机电流与工作台位置之间的关系
• 4.1.1 比较电机X1和电机X2电流与工作台位置间的关系
• 4.1.2 两个电机总电流与工作台位置间的关系
• 4.2 电机电流与工作台位置的8次多项式系数与工作台速度之间的关系
• 4.3 综合考虑工作台位置和速度的电机电流模型
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢