数控机床伺服特性对机床精度的影响研究

论文摘要

在现代制造业中,高精度的数控加工技术是其发展的主要方向。数控机床控制系统的控制精度对加工精度有至关重要的影响。而在机床运动期间受内部及外部因素的影响,控制系统的品质具有一定的不确定性。本文主要针对伺服参数、负载惯量、切削力及摩擦力对伺服控制系统的影响做了深入研究,并将其纳入轮廓误差控制之中。本文主要研究内容为数控机床伺服系统单轴跟随误差和多轴轮廓误差。本文首先通过对数控伺服系统的分析,运用动力微分方程及拉普拉斯变换建立了包含有切削力、摩擦力、伺服电机、机械传动系统的高阶伺服模型,将本文的主要研究对象纳入控制系统之中,为伺服系统性能分析提供了模型基础。其次利用前文所建立的伺服控制模型,着重于研究负载干扰、进给速度、系统惯量对伺服跟随误差的影响,一方面对伺服跟随误差进行了一定的理论分析,另一方面通过仿真对理论结果进行了验证,结果表明伺服系统跟随误差受进给速度影响最大,获取了模型因素对伺服跟随误差的影响规律。在对伺服系统跟随误差分析的基础上,建立了多轴联动在干扰作用及伺服参数匹配与否情形下轮廓误差模型,并利用Matlab/Simulink仿真系统对伺服系统跟随误差和轮廓误差进行了仿真,仿真结果验证了理论分析并揭示了伺服参数、干扰力、进给速度等对伺服系统跟随误差及轮廓误差的作用机理。最后通过实际的加工切削实验,对前文理论分析及仿真进行检验,并验证进给速度及切削力对轮廓误差的作用机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.1.1 论文的选题
• 1.1.2 论文研究的意义
• 1.2 机床伺服误差研究现状
• 1.3 伺服系统性能优化研究方法及问题
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第2章 机床控制系统模型
• 2.1 干扰输入模型
• 2.1.1 摩擦力数学描述模型
• 2.1.2 切削力数学描述模型
• 2.2 永磁伺服电机模型
• 2.3 机械传动系统模型
• 2.4 伺服进给驱动系统模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 伺服跟随精度影响因素研究
• 3.1 干扰输入对伺服跟随精度的影响
• 3.1.1 切削力对伺服跟随精度的影响
• 3.1.2 摩擦力对伺服跟随精度的影响
• 3.2 进给速度对伺服跟随精度的影响
• 3.3 系统惯量对伺服跟随精度的影响研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 伺服系统联动轮廓误差研究
• 4.1 二轴联动误差研究
• 4.1.1 二轴联动轮廓误差建模及影响因素分析
• 4.1.2 二轴联动轮廓误差影响因素分析及仿真
• 4.2 三轴联动误差分析研究
• 4.2.1 三轴联动轮廓误差建模及影响因素分析
• 4.2.2 三轴联动轮廓误差仿真
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验设计与验证
• 5.1 实验轮廓曲线及平台
• 5.2 进给速度对伺服精度的影响实验
• 5.2.1 实验原理及测量方法
• 5.2.2 实验结果分析
• 5.2.3 实验结论
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 论文工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与项目