数控铣床进给系统多领域建模及参数灵敏度分析

发布时间：2018-05-30 19:54

  本文选题：数控铣床进给系统 + Modelica　； 参考：《华中科技大学》2015年硕士论文

【摘要】：合理地选择数控机床进给系统中机械传动部件的参数,如滚珠丝杠的尺寸、机械构件的阻尼等,对提高数控机床进给系统的动态性能具有重要作用,进而帮助改善数控机床的加工品质。然而在实际实验中,研究不同的机械部件参数对进给系统的影响,需要耗费很大的成本,花费很长的研究时间。因此,本文将计算机仿真技术引入到对该问题的研究,利用Modelica语言建立了数控铣床进给系统的多领域模型,进行了仿真分析和实验验证,并采用正交实验设计方法对仿真实验进行设计,对进给系统机械参数进行灵敏度分析。分析结果表明,在满足刚度和装配条件的情况下,为了提高进给系统的动态性能,应选择惯量较小的联轴器,长度、导程较小的滚珠丝杠,而滚珠丝杠副的阻尼存在最优值使得进给系统的动态性能最好,滚动导轨和滚动轴承的摩擦对进给系统的动态性能影响较小。首先,本文对数控铣床进给系统的组成结构和工作原理进行了分析,建立了永磁同步电机的数学模型,分析了基于?0di的矢量控制方法和空间矢量脉宽调制技术控制系统,并建立了机械传动系统的动力学模型。然后,采用模块化建模思想,基于Modelica语言分别建立了永磁同步电机、伺服驱动器、机械传动系统的多领域模型,并把各模块连接组成了进给系统的多领域统一模型。为了验证所建立的模型的正确性,利用模型仿真了典型工况下的运行状况,并结合实际实验对模型正确性进行了进一步验证,结果显示建立的进给系统多领域模型仿真结果符合预期,与实际实验误差较小,抗干扰能力较强,动态性能良好。最后,分析了机械部件参数对进给系统动态性能的影响,并基于建立好的多领域模型,采用正交实验设计和方差分析法找出了对系统动态性能影响显著的因素。本文的研究方法对机床性能的研究具有借鉴意义,研究的成果对机床的设计可以提供一定的参考,为提高机床的加工品质提供了一种新的思路。
[Abstract]:Reasonably selecting the parameters of mechanical transmission parts in the feed system of NC machine tools, such as the size of ball screw and the damping of mechanical components, plays an important role in improving the dynamic performance of the feed system of NC machine tools. Then it helps to improve the machining quality of NC machine tools. However, in the actual experiment, it takes a lot of cost and a long time to study the influence of different mechanical component parameters on the feed system. Therefore, this paper introduces the computer simulation technology into the study of this problem, using Modelica language to establish the multi-domain model of NC milling machine feed system, and carries out simulation analysis and experimental verification. The orthogonal experimental design method is used to design the simulation experiment and the sensitivity analysis of the mechanical parameters of the feed system is carried out. The results show that in order to improve the dynamic performance of the feed system, the coupling with small inertia and the ball screw with smaller length and lead should be selected in order to improve the dynamic performance of the feed system under the condition of satisfying the stiffness and assembly conditions. The dynamic performance of the feed system is best because of the optimum damping of the ball screw pair, and the friction between the rolling guide rail and the rolling bearing has little effect on the dynamic performance of the feed system. Firstly, the structure and working principle of NC milling machine feed system are analyzed, the mathematical model of permanent magnet synchronous motor is established, the vector control method based on 0di and the control system of space vector pulse width modulation technology are analyzed. The dynamic model of mechanical transmission system is established. Then, the multi-domain models of permanent magnet synchronous motor (PMSM), servo driver and mechanical transmission system are established based on Modelica language, and each module is connected to form the multi-domain unified model of feed system. In order to verify the correctness of the established model, the model is used to simulate the operating conditions under typical operating conditions, and the correctness of the model is further verified by practical experiments. The results show that the simulation results of the multi-domain model of the feed system are in line with the expectation, and the experimental error is small, the anti-jamming ability is strong, and the dynamic performance is good. Finally, the influence of mechanical component parameters on the dynamic performance of the feed system is analyzed. Based on the established multi-domain model, the orthogonal experimental design and variance analysis are used to find out the significant factors that affect the dynamic performance of the system. The research method of this paper has reference significance to the research of machine tool performance. The research results can provide a certain reference for the design of machine tool, and provide a new way of thinking for improving the machining quality of machine tool.
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG547

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本文编号：1956568