【摘要】：雙絲杠驅(qū)動結(jié)構(gòu)廣泛應用于高速度、大負載的進給系統(tǒng)以及龍門式機床。同步性是雙驅(qū)進給系統(tǒng)面臨的重要問題。論文以雙絲杠進給系統(tǒng)為研究對象,分析了工作臺幾何誤差、絲杠熱變形以及進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素對同步誤差的影響,并提出了同步控制方案。首先辨識出進給系統(tǒng)的摩擦力和軸向剛度。通過實驗測量出工作臺在不同進給速度下兩個進給軸的摩擦力,利用遺傳算法求解Stribeck摩擦力模型中的參數(shù)。通過理論分析得到軸向剛度和阻尼與固有頻率和阻尼比的關系,結(jié)合實驗測量出兩個進給軸的幅頻特性曲線和相頻特性曲線,計算出兩軸的軸向剛度和阻尼。然后,研究了熱變形對同步誤差的影響。采用有限元分析和實驗相結(jié)合的方法分析了進給系統(tǒng)的溫度場、熱平衡時間以及兩個進給軸之間的溫度差異。同時分析了同步誤差隨進給速度、時間和熱平衡溫度的變化規(guī)律,建立了同步誤差的預測模型。其次,針對進給系統(tǒng)參數(shù)的變化,建立了同步誤差數(shù)學模型。分析了進給速度、軸向剛度以及負載位置變化等因素對同步誤差的影響。以MCH63加工中心進給系統(tǒng)為研究對象,利用激光干涉儀測量出不同進給速度下的同步誤差,驗證了同步誤差數(shù)學模型的準確性。最后,分析了三種同步控制方式的特點,提出了基于模糊PID的主從同步控制方式,仿真分析表明相比于普通PID,模糊PID控制器具有更好的穩(wěn)定性和同步控制能力。
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG659
【圖文】：

同步誤差產(chǎn)生的原因主要有：制造或裝配過程中工作臺產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角誤差；摩擦力逡逑不同導致的雙絲杠熱變形量不同進而產(chǎn)生的同步誤差；兩個軸的軸向剛度不同導致工作逡逑臺在運動過程中受力不均衡而產(chǎn)生的同步誤差，如圖２．１。逡逑裝配精度——？幾何誤差邐？工作臺扭轉(zhuǎn)一逡逑摩擦力ｋ一＾？！絲杠溫升｜——＋變形不同｜—？！同步誤差逡逑軸向剛度工棠力傳動誤差逡逑圖２．１同步誤差產(chǎn)生原因逡逑進給系統(tǒng)運動時，滾珠絲杠的溫度隨著進給速度的增加而增加，因此絲杠的熱變形逡逑對進給系統(tǒng)精度有很大影響。對于雙驅(qū)進給系統(tǒng)，熱變形會導致工作臺的位置、角度和逡逑直線度等發(fā)生變化，由于外界條件不同，兩個進給軸上的各點的溫度變化不一致，因此逡逑兩個絲杠的熱變形必然不相同，同時由于工作臺的機械耦合作用，兩個絲杠的變形量也逡逑會相互影響。逡逑工作臺在運動過程中，兩軸的軸向剛度和摩擦力的差異導致兩個進給軸對數(shù)控系統(tǒng)逡逑進給指令的響應速度不同，工作臺所受的兩個軸向力也不同，從而形成同步誤差。特別逡逑是在電機起步階段、速度變化較大階段以及工作臺高速運行階段，這種對運動指令響應逡逑速度的不同更加明顯。逡逑進給系統(tǒng)的幾何誤差在裝配的過程中可以通過千分表調(diào)整

．．．．．．．．邐３．８０邐４．５５邐４．６４邐４．６９邐４．７２邐４．７０邐４．７０邐４．８０邐１．９３邐２．２１邐２．１７邐２．２７邐２．１５邐２．２５邐２．２２邐２．３７算法辨識出的兩個進給軸的Ｓｔｒｉｂｅｃｋ摩擦模型參數(shù)如表２．２。出的摩擦曲線如圖２．５所示。從圖中可知，低速進給時，摩，兩個進給軸的摩擦力曲線變化趨勢基本相同，軸１所受的力。兩個軸的Ｓｔｒｉｂｅｃｋ摩擦模型的預測值與實驗測量值最，模型有較高的預測精度，因此可以利用Ｓｔｒｉｂｅｃｋ摩擦模型表２．２邋Ｓｔｒｉｂｅｃｋ模型參數(shù)辨識結(jié)果逡逑編號邐ｆｓ（Ｎ）邐ｆｃ（Ｎ）邐Ｖｓ邋（ｍｍ－ｍｉｎ１）逡逑軸邋１邐１９３．３５８邐９９．７５８邐３１．３５３邐０．００２軸邋２邐７０．８８３邐４１．５２６邐２５９．５１４邐０．００２

進給軸軸向剛度主要受到兩端軸承和絲杠螺母軸向剛度的影響，同時工作臺自身結(jié)逡逑構(gòu)剛度對測量也有一定影響。因此為了提高兩個進給軸軸向剛度的辨識精度，需要準確逡逑的測量出絲杠螺母相對于軸承座的軸向振動，具體方法如圖２．７。逡逑Ｍ邐－—激振器邐鈾雖成逡逑ｍ＆ｒｚｚｚ＾邐＾ｒｚｚｚｚ］／＾ｍ逡逑２邐ｉ邐＼螺母座邐［ｄｔｈ／逡逑＼邋／邋／邋／邋／＼邐１／邋／邋／邋／邋／邋／Ｉ邐＼邋／邋／邋／邋７＼逡逑ｆ．＼．＼＼＼］邐ｐ－ｖ邋＼邋＼邋＼邐卜邋＼＼＼＼］逡逑２邐ｉ邐ｒ＾３逡逑．Ｖｖ邋Ｖ＾：邐ｋ＿Ｘ邐Ｘ邋＼Ｘ－Ｓ］邐Ｌ邋＼＼＼Ｘ逡逑ｒ邐．邐ｉ逡逑圖２．７軸向剛度測量示意圖逡逑如圖２．７所示，為消除工作臺結(jié)構(gòu)剛度的影響，在與工作臺固連的絲杠螺母１點位逡逑置放置加速度傳感器，用于采集螺母的軸向振動信號；在軸承座２點位置放置加速度傳逡逑感器，測量進給系統(tǒng)其它軸向振動分量。在工作臺上利用激振器施加激振力，同時采集逡逑激振器的激振信號。逡逑具體實驗方法為：利用安正ＣＲＡＳ軟件設置激振頻率范圍，通過數(shù)據(jù)連接線將該頻逡逑１５逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2751447