發(fā)布時(shí)間：2020-07-12 04:49

【摘要】：雙絲杠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于高速度、大負(fù)載的進(jìn)給系統(tǒng)以及龍門式機(jī)床。同步性是雙驅(qū)進(jìn)給系統(tǒng)面臨的重要問(wèn)題。論文以雙絲杠進(jìn)給系統(tǒng)為研究對(duì)象,分析了工作臺(tái)幾何誤差、絲杠熱變形以及進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素對(duì)同步誤差的影響,并提出了同步控制方案。首先辨識(shí)出進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦力和軸向剛度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量出工作臺(tái)在不同進(jìn)給速度下兩個(gè)進(jìn)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(guò)理論分析得到軸向剛度和阻尼與固有頻率和阻尼比的關(guān)系,結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)量出兩個(gè)進(jìn)給軸的幅頻特性曲線和相頻特性曲線,計(jì)算出兩軸的軸向剛度和阻尼。然后,研究了熱變形對(duì)同步誤差的影響。采用有限元分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法分析了進(jìn)給系統(tǒng)的溫度場(chǎng)、熱平衡時(shí)間以及兩個(gè)進(jìn)給軸之間的溫度差異。同時(shí)分析了同步誤差隨進(jìn)給速度、時(shí)間和熱平衡溫度的變化規(guī)律,建立了同步誤差的預(yù)測(cè)模型。其次,針對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)參數(shù)的變化,建立了同步誤差數(shù)學(xué)模型。分析了進(jìn)給速度、軸向剛度以及負(fù)載位置變化等因素對(duì)同步誤差的影響。以MCH63加工中心進(jìn)給系統(tǒng)為研究對(duì)象,利用激光干涉儀測(cè)量出不同進(jìn)給速度下的同步誤差,驗(yàn)證了同步誤差數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。最后,分析了三種同步控制方式的特點(diǎn),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(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG659
【圖文】：

同步誤差產(chǎn)生的原因主要有：制造或裝配過(guò)程中工作臺(tái)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角誤差；摩擦力逡逑不同導(dǎo)致的雙絲杠熱變形量不同進(jìn)而產(chǎn)生的同步誤差；兩個(gè)軸的軸向剛度不同導(dǎo)致工作逡逑臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(tái)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(dòng)誤差逡逑圖２．１同步誤差產(chǎn)生原因逡逑進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾珠絲杠的溫度隨著進(jìn)給速度的增加而增加，因此絲杠的熱變形逡逑對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)精度有很大影響。對(duì)于雙驅(qū)進(jìn)給系統(tǒng)，熱變形會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)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(gè)進(jìn)給軸上的各點(diǎn)的溫度變化不一致，因此逡逑兩個(gè)絲杠的熱變形必然不相同，同時(shí)由于工作臺(tái)的機(jī)械耦合作用，兩個(gè)絲杠的變形量也逡逑會(huì)相互影響。逡逑工作臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，兩軸的軸向剛度和摩擦力的差異導(dǎo)致兩個(gè)進(jìn)給軸對(duì)數(shù)控系統(tǒng)逡逑進(jìn)給指令的響應(yīng)速度不同，工作臺(tái)所受的兩個(gè)軸向力也不同，從而形成同步誤差。特別逡逑是在電機(jī)起步階段、速度變化較大階段以及工作臺(tái)高速運(yùn)行階段，這種對(duì)運(yùn)動(dòng)指令響應(yīng)逡逑速度的不同更加明顯。逡逑進(jìn)給系統(tǒng)的幾何誤差在裝配的過(guò)程中可以通過(guò)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(shí)出的兩個(gè)進(jìn)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(jìn)給時(shí)，摩，兩個(gè)進(jìn)給軸的摩擦力曲線變化趨勢(shì)基本相同，軸１所受的力。兩個(gè)軸的Ｓｔｒｉｂｅｃｋ摩擦模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值最，模型有較高的預(yù)測(cè)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(shí)結(jié)果逡逑編號(hào)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(jìn)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(shí)工作臺(tái)自身結(jié)逡逑構(gòu)剛度對(duì)測(cè)量也有一定影響。因此為了提高兩個(gè)進(jìn)給軸軸向剛度的辨識(shí)精度，需要準(zhǔn)確逡逑的測(cè)量出絲杠螺母相對(duì)于軸承座的軸向振動(dòng)，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(cè)量示意圖逡逑如圖２．７所示，為消除工作臺(tái)結(jié)構(gòu)剛度的影響，在與工作臺(tái)固連的絲杠螺母１點(diǎn)位逡逑置放置加速度傳感器，用于采集螺母的軸向振動(dòng)信號(hào)；在軸承座２點(diǎn)位置放置加速度傳逡逑感器，測(cè)量進(jìn)給系統(tǒng)其它軸向振動(dòng)分量。在工作臺(tái)上利用激振器施加激振力，同時(shí)采集逡逑激振器的激振信號(hào)。逡逑具體實(shí)驗(yàn)方法為：利用安正ＣＲＡＳ軟件設(shè)置激振頻率范圍，通過(guò)數(shù)據(jù)連接線將該頻逡逑１５逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2751447