重型立式加工中心运动误差建模与分析

发布时间：2017-10-15 08:09

  本文关键词：重型立式加工中心运动误差建模与分析

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【摘要】：重型立式加工中心作为典型的重型机床,在船舶、冶金等重工业领域发挥着重要的作用,但其加工精度一直与国外先进重型数控机床相差较大。运动误差作为影响数控机床精度的重要因素之一,由于其复杂性、不易测量等特点,相关研究一直没有形成体系。重型立式加工中心由于其质量大、负载大、行程大等特点,运动误差对其加工精度的影响更为明显,因此,本文主要通过建立重型立式加工中心的伺服进给系统理论模型,分析影响运动误差的主要因素及其影响规律。根据重型立式加工中心质量大、负载大、行程大等特点,考虑摩擦力、反向间隙、横向位移等干扰因素的影响,将滚珠丝杠进给系统进行合理的简化,建立了机械传动模型;根据西门子840D数控系统611D驱动器控制结构建立三环伺服驱动模型,最终得到基于干扰因素的重型立式加工中心伺服进给系统理论模型。基于上述伺服进给系统理论模型,在Simulink中搭建伺服进给系统单轴与双轴闭环仿真模型。同时分析得到运动误差的主要影响因素,进而通过仿真的方法分析得到的主要影响因素对运动误差的影响规律。为验证本文所建立的伺服进给系统理论模型的正确性,设计相应的验证实验,通过对比理论伺服驱动模型各环伯德图与西门子840D控制系统各环伯德图,验证理论伺服驱动模型正确性;对比伺服进给系统理论模型仿真的临界爬行速度与实测结果,验证机械传动模型的正确性;测量得到直线轨迹与圆轨迹输入的运动误差与理论模型仿真结果对比,验证伺服进给系统理论模型的正确性。
【关键词】：重型立式加工中心 伺服进给系统 建模 运动误差
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题的来源及研究的背景和意义8-10
• 1.1.1 课题的来源8
• 1.1.2 课题的研究背景和意义8-10
• 1.2 数控机床运动误差研究现状10-14
• 1.2.1 国外研究现状10-12
• 1.2.2 国内研究现状12-14
• 1.3 目前存在的问题14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 第2章 重型立式加工中心伺服进给系统建模16-29
• 2.1 引言16-17
• 2.2 伺服驱动系统理论模型建立17-22
• 2.2.1 伺服电机模型17-19
• 2.2.2 三环控制模型19-22
• 2.3 机械传动系统理论模型建立22-28
• 2.3.1 滚珠丝杠传动模型22-25
• 2.3.2 摩擦力模型25-26
• 2.3.3 反向间隙模型26-27
• 2.3.4 横向位移模型27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 重型立式加工中心运动误差影响因素分析29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 搭建伺服进给系统闭环仿真模型29-32
• 3.2.1 设计指令输入信号29-31
• 3.2.2 搭建伺服进给系统仿真模型31-32
• 3.3 运动误差影响因素分析及仿真32-41
• 3.3.1 运动误差主要影响因素分析32-33
• 3.3.2 非线性因素仿真分析33-38
• 3.3.3 线性因素仿真分析38-40
• 3.3.4 双轴耦合运动误差仿真分析40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 重型立式加工中心实验设计与验证42-55
• 4.1 引言42
• 4.2 实验准备42-45
• 4.2.1 实验轮廓曲线与实验平台42-43
• 4.2.2 实验测量设备及其安装43-45
• 4.3 理论模型验证实验45-48
• 4.3.1 伺服驱动系统验证45-46
• 4.3.2 临界爬行速度验证46-48
• 4.4 运动误差测量实验48-54
• 4.4.1 直线指令输入的运动误差实验49-53
• 4.4.2 圆弧指令输入的运动误差实验53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-60
• 致谢60

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本文编号：1036003