1 引 言
数控雕铣机进给传动系统的性能对其加工精度、工作效率、稳定性等都有重要影响。通常,大部分数控机床的传动控制采用低阶形式进行系统设计,此时,若传动系统的环路增益设置较高、忽略较小的时间常数和传动延时等因素时,会引起系统传动的不稳定。同时,采用低阶设计时,忽略传动系统的间隙和静、动摩擦等非线性因素,会影响驱动系统局部位置的刚度,进而影响控制回路的动态特性,这是造成产品加工误差的原因之一[1 - 2]。笔者通过建立包含间隙和静、动摩擦等非线性因素的传动系统动力学模 型,对传动精度和影响传动系统稳定性的因素进行分析,并提出提高传动系统性能的措施。
2 机械进给系统动力学模型
图 1 所示为某数控雕铣机进给系统 x 方向的传动简图。图 2 为进给系统各部件受力简图。其中 B1是电机、电机皮带轮和轴承的粘性摩擦集中系数。B2是滚珠丝杠、轴承、螺母和皮带轮的粘性摩擦集中系数。θ1 ,θ2 分别表示电机带轮和滚珠丝杠带轮的方位角,则 B1 θ1 和 B2 θ2 是摩擦力而产生的阻力。TA为驱动力矩; FA为工作台驱动力; TJ 为与电机有关的旋转部分( 电机、滚珠丝杠、皮带轮、轴承和螺母) 的等效扭矩; TC为电机扭矩。
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笔者分析的研究方法可适用于类似机床传动系统的刚度分析和计算,所提出的模型考虑了进给传动 中的典型非线性因素,能更精确的对进给驱动系统进 行分析和设计,同时该模型也可用于系统预测,并给出了提高系统传动精度的途径。
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2021-09
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