滚珠丝杠力学及机电耦合特性建模与分析
发布时间：2021-01-12 16:14
数控机床中的进给系统结构及伺服系统是现代数控机床中重要的部分,也是近几年研究的重点与热点。滚珠丝杠结合部作为可动结合部中一类具有典型代表性的滚动结合部被广泛的应用与数控机床的进给系统中具有负载大、行程大、效率高等多项优点,进给系统又是加工过程的直接参与部分,故研究滚珠丝杠结合部对提高机床性能具备十分重要的研究意义。伺服系统是为工件的进给行为服务的,动态稳定性、运行稳定性及可调速性是伺服系统的几个重要的基本性能。其中直线型伺服电机凭借省略传统数控机床电机到工作台之间传动环节的简易性成为了当下的热门研究对象。数控机床作为典型的机电一体化系统,其中机电耦合作用相当普遍。伺服电机的输出指令成为了机械结构的输入指令,机械结构的状态变量转化成了控制系统的输入变量,两个“子系统”之间的信息转化就存在直接的机电耦合作用。将机械结构部分与伺服控制系统单独建模分析,再将它们通过数学关系整合到仿真模型里调试,分析机械结构部分滚珠丝杠副的轴向刚度对伺服进给行为的影响。将机械结构部分参数的影响考虑进机电耦合作用中,用以形成一套较完备的滚珠丝杠静、动态特性及机电耦合特性建模与分析方法。滚珠丝杠副理论模型是基于刚体...
【文章来源】：西南石油大学四川省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１数控机床组成图??，工，
西南石油大学硕士研宄生学位论文???［１８］。建立正确的滚珠丝杠结合部模型成为了研究工作的基础，充分利用有限元与??实验相结合的方法论证模型的准确性后也为将来深入研究的学者们提供了模型??参考。??控制系统?机械系统??綠迄岭；．ｉ：蔷?卜?，?【??：控制器；电衫ｉ＇ｗ?１?＾?？?联轴器??：?个?；?：?：??■?｜?；滚珠丝杠ｉ??：?ｉ?＿?：■?ｔ?Ｉ??｜ｉ驱动器”１１?器］＜?（，ｕ丨「作台｜??ｉ“?＿」??ｊ??图１－２机电耦合作用关系图??数控机床中机电耦合作用相当普遍。如图１－２所示，进给系统中的机械结构??与控制系统中就存在直接的机电耦合关系，伺服电机在控制器的作用下输出力矩??作用于与滚珠丝杠连接的联轴器上，联轴器带动滚珠丝杠产生加速度进而转动，??在力的作用下螺母的转动转化为工作台的平移，与此同时工作台的位移量、位移??速度及伺服电机转速经过信号转换传递到控制系统屮，控制系统运丨丨彳算法或者逻??辑关系将物理量转变为相应的控制指令反馈到伺服电机的力矩输出上。在这个过??程中伺服电机的输出指令成为了机械结构的输入指令，机械结构的状态变量转化??成了控制系统的输入变量，两个＇＇子系统”之间的信息转化就存在直接的机电耦合??作用Ｉ１９１。伺服控制系统是数控机床独有的关键部分，把工作台位置和移动速度作??为自动控制对象，实质上是一种高精度的位置和速度跟踪监测系统，包含进给伺??服和主轴驱动伺服。无论是伺服控制系统还是机械结构部分都具有深入研宄的必??要，目的在于通过研究机床进给系统的机械传动结合部的静动态性能，并将其轴??向刚度特性充分考虑进伺服
?西南石油大学硕士研究生学位论文???ＬＥＩ?Ｗ?Ｔ和ＰＡＵＮＧ?Ｉ?Ｍ等人研究发现进给系统中伺服系统的不匹配性会对机床??的动态性能造成影响，并且提出了通过调节速度环增益和位置环增益达到优化伺??服系统的方法，但没有考虑到机械结构中结合部的影响等。经过广大学者的大量??研究，将机械结构与伺服系统进行机电一体化建模并研究系统之间的机电耦合特??性渐渐成为一种必然。??图１－３进给系统结构图??１．２．?２国内数控机床发展现状??我国数控机床研宄工作起步较晚，为了追赶国外先进技术团队，缩小装备制??造业的差距，从最开始的一批高校，科研院所到现在的大型私营或者合营企业已??经全面进军该领域。“中国智造”的口号随处可见１２７１，传统的车、刨、铣、钻、磨??及线切割技术均接近被数控机床替代。与此同时必然会涌现出许多技术团队，如：??上海理工大学朱坚民团队，南京理工大学冯虎田团队、华中科技大学杨叔子与胡??峰团队、四川大学殷国富团队、昆明理工大学廖伯瑜与王立华团队、天津大学牛??文铁团队等。通过他们的不懈努力，从机械结构和控制系统对数控机床的静动态??性能进行了许多研究并且提出了很多建设性的优化方案，改善了之前影响机床加??工性能和加工精度的因素，使数控机床的可靠性大大提升。也己经取得了许多成??果，如：黄俊及汪振华１２８１等人利用实验方法获得了固定机械结构结合部的动态特??性参数，并预测了一定条件下的刚度与阻尼，但未提出一种确切的计算方法；白??茹ｍｉ等人利用数学方法建立合理的受载荷数学方程来表达受载荷的考虑结合部??的滚珠丝杠动态特性；王磊等人利用集中参数法建立三轴数控机床动力学模??型时，将机械结构中结合部的刚
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于前馈预测的电液伺服PID控制系统[J]. 张银龙,田红丹,魏超,唐梓彭,张勇铭. 发电技术. 2018(05)
[2]基于机电耦合的进给系统动态特性仿真与性能优化[J]. 巩子臣,牛文铁,李加进,赛云祥. 机械设计. 2018(09)
[3]CNC机床伺服进给PMSM性能测试系统及适配性评价[J]. 王天雷,张京玲,王柱,贺跃帮,王小东,黄建华. 组合机床与自动化加工技术. 2017(06)
[4]滚珠丝杠-螺母副结合部轴向动态特性参数测试与分析[J]. 黄俊,汪振华,袁军堂,边伟. 中国机械工程. 2017(10)
[5]边界条件对比例车体模态参数的影响[J]. 史艳民,缪炳荣,李旭娟,杨忠坤,王名月. 机车电传动. 2017(02)
[6]数控机床进给系统爬行现象的诊断与维修[J]. 唐涛. 中外企业家. 2016(36)
[7]TX-1600G数控镗铣加工中心镗削系统变结构动态特性分析[J]. 舒启林,王儒,姚渊,赵旭宁,祝振林. 组合机床与自动化加工技术. 2016(07)
[8]机床结合部动力学建模与辨识方法的研究[J]. 董冠华,殷勤,殷国富,王亮,谭峰. 机械工程学报. 2016(05)
[9]数控机床进给单元滚动结合部轴向动态特性参数识别[J]. 朱坚民,张统超,王健,李孝茹. 振动与冲击. 2015(16)
[10]滚珠丝杠副轴向静刚度的建模与研究[J]. 黄露郎,王科社,查初亮. 组合机床与自动化加工技术. 2015(08)
博士论文
[1]高速螺母驱动型滚珠丝杠副动力学特性研究[D]. 牟世刚.山东大学 2013
硕士论文
[1]滚珠丝杠副的模态和刚度特性分析[D]. 陈欢.西安理工大学 2017
[2]滚珠丝杠对超精密机床进给系统工作台非线性振动影响的研究[D]. 曾浩然.成都理工大学 2017
[3]滚珠丝杠副刚性和综合性能研究与测评[D]. 黄金宝.南京理工大学 2017
[4]高速精密滚珠丝杠副动态特性的理论和实验研究[D]. 沈晓燕.南京理工大学 2017
[5]数控机床滚珠丝杠副的状态监测与故障诊断研究[D]. 杜兴苗.青岛理工大学 2015
[6]加工中心双驱进给系统动态特性研究[D]. 白茹.兰州理工大学 2014
[7]数控机床进给系统动力学建模与参数辨识方法的研究[D]. 田连刚.东北大学 2014
[8]精密数控机床典型结合面及整机静动特性研究[D]. 陈曦.吉林大学 2012
[9]高精度数控螺杆转子磨床动态性能及精度分析与优化研究[D]. 孙文钊.南京理工大学 2012
本文编号：2973104
【文章来源】：西南石油大学四川省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１数控机床组成图??，工，
西南石油大学硕士研宄生学位论文???［１８］。建立正确的滚珠丝杠结合部模型成为了研究工作的基础，充分利用有限元与??实验相结合的方法论证模型的准确性后也为将来深入研究的学者们提供了模型??参考。??控制系统?机械系统??綠迄岭；．ｉ：蔷?卜?，?【??：控制器；电衫ｉ＇ｗ?１?＾?？?联轴器??：?个?；?：?：??■?｜?；滚珠丝杠ｉ??：?ｉ?＿?：■?ｔ?Ｉ??｜ｉ驱动器”１１?器］＜?（，ｕ丨「作台｜??ｉ“?＿」??ｊ??图１－２机电耦合作用关系图??数控机床中机电耦合作用相当普遍。如图１－２所示，进给系统中的机械结构??与控制系统中就存在直接的机电耦合关系，伺服电机在控制器的作用下输出力矩??作用于与滚珠丝杠连接的联轴器上，联轴器带动滚珠丝杠产生加速度进而转动，??在力的作用下螺母的转动转化为工作台的平移，与此同时工作台的位移量、位移??速度及伺服电机转速经过信号转换传递到控制系统屮，控制系统运丨丨彳算法或者逻??辑关系将物理量转变为相应的控制指令反馈到伺服电机的力矩输出上。在这个过??程中伺服电机的输出指令成为了机械结构的输入指令，机械结构的状态变量转化??成了控制系统的输入变量，两个＇＇子系统”之间的信息转化就存在直接的机电耦合??作用Ｉ１９１。伺服控制系统是数控机床独有的关键部分，把工作台位置和移动速度作??为自动控制对象，实质上是一种高精度的位置和速度跟踪监测系统，包含进给伺??服和主轴驱动伺服。无论是伺服控制系统还是机械结构部分都具有深入研宄的必??要，目的在于通过研究机床进给系统的机械传动结合部的静动态性能，并将其轴??向刚度特性充分考虑进伺服
?西南石油大学硕士研究生学位论文???ＬＥＩ?Ｗ?Ｔ和ＰＡＵＮＧ?Ｉ?Ｍ等人研究发现进给系统中伺服系统的不匹配性会对机床??的动态性能造成影响，并且提出了通过调节速度环增益和位置环增益达到优化伺??服系统的方法，但没有考虑到机械结构中结合部的影响等。经过广大学者的大量??研究，将机械结构与伺服系统进行机电一体化建模并研究系统之间的机电耦合特??性渐渐成为一种必然。??图１－３进给系统结构图??１．２．?２国内数控机床发展现状??我国数控机床研宄工作起步较晚，为了追赶国外先进技术团队，缩小装备制??造业的差距，从最开始的一批高校，科研院所到现在的大型私营或者合营企业已??经全面进军该领域。“中国智造”的口号随处可见１２７１，传统的车、刨、铣、钻、磨??及线切割技术均接近被数控机床替代。与此同时必然会涌现出许多技术团队，如：??上海理工大学朱坚民团队，南京理工大学冯虎田团队、华中科技大学杨叔子与胡??峰团队、四川大学殷国富团队、昆明理工大学廖伯瑜与王立华团队、天津大学牛??文铁团队等。通过他们的不懈努力，从机械结构和控制系统对数控机床的静动态??性能进行了许多研究并且提出了很多建设性的优化方案，改善了之前影响机床加??工性能和加工精度的因素，使数控机床的可靠性大大提升。也己经取得了许多成??果，如：黄俊及汪振华１２８１等人利用实验方法获得了固定机械结构结合部的动态特??性参数，并预测了一定条件下的刚度与阻尼，但未提出一种确切的计算方法；白??茹ｍｉ等人利用数学方法建立合理的受载荷数学方程来表达受载荷的考虑结合部??的滚珠丝杠动态特性；王磊等人利用集中参数法建立三轴数控机床动力学模??型时，将机械结构中结合部的刚
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于前馈预测的电液伺服PID控制系统[J]. 张银龙,田红丹,魏超,唐梓彭,张勇铭. 发电技术. 2018(05)
[2]基于机电耦合的进给系统动态特性仿真与性能优化[J]. 巩子臣,牛文铁,李加进,赛云祥. 机械设计. 2018(09)
[3]CNC机床伺服进给PMSM性能测试系统及适配性评价[J]. 王天雷,张京玲,王柱,贺跃帮,王小东,黄建华. 组合机床与自动化加工技术. 2017(06)
[4]滚珠丝杠-螺母副结合部轴向动态特性参数测试与分析[J]. 黄俊,汪振华,袁军堂,边伟. 中国机械工程. 2017(10)
[5]边界条件对比例车体模态参数的影响[J]. 史艳民,缪炳荣,李旭娟,杨忠坤,王名月. 机车电传动. 2017(02)
[6]数控机床进给系统爬行现象的诊断与维修[J]. 唐涛. 中外企业家. 2016(36)
[7]TX-1600G数控镗铣加工中心镗削系统变结构动态特性分析[J]. 舒启林,王儒,姚渊,赵旭宁,祝振林. 组合机床与自动化加工技术. 2016(07)
[8]机床结合部动力学建模与辨识方法的研究[J]. 董冠华,殷勤,殷国富,王亮,谭峰. 机械工程学报. 2016(05)
[9]数控机床进给单元滚动结合部轴向动态特性参数识别[J]. 朱坚民,张统超,王健,李孝茹. 振动与冲击. 2015(16)
[10]滚珠丝杠副轴向静刚度的建模与研究[J]. 黄露郎,王科社,查初亮. 组合机床与自动化加工技术. 2015(08)
博士论文
[1]高速螺母驱动型滚珠丝杠副动力学特性研究[D]. 牟世刚.山东大学 2013
硕士论文
[1]滚珠丝杠副的模态和刚度特性分析[D]. 陈欢.西安理工大学 2017
[2]滚珠丝杠对超精密机床进给系统工作台非线性振动影响的研究[D]. 曾浩然.成都理工大学 2017
[3]滚珠丝杠副刚性和综合性能研究与测评[D]. 黄金宝.南京理工大学 2017
[4]高速精密滚珠丝杠副动态特性的理论和实验研究[D]. 沈晓燕.南京理工大学 2017
[5]数控机床滚珠丝杠副的状态监测与故障诊断研究[D]. 杜兴苗.青岛理工大学 2015
[6]加工中心双驱进给系统动态特性研究[D]. 白茹.兰州理工大学 2014
[7]数控机床进给系统动力学建模与参数辨识方法的研究[D]. 田连刚.东北大学 2014
[8]精密数控机床典型结合面及整机静动特性研究[D]. 陈曦.吉林大学 2012
[9]高精度数控螺杆转子磨床动态性能及精度分析与优化研究[D]. 孙文钊.南京理工大学 2012
本文编号：2973104
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