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计及惯量比变化的直线进给系统动态误差分析

苏芳 王晨升 郭刚 高颜萌

苏芳,王晨升,郭刚, 等. 计及惯量比变化的直线进给系统动态误差分析[J]. 机械科学与技术,2020,39(12):1882-1888 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200187
引用本文: 苏芳,王晨升,郭刚, 等. 计及惯量比变化的直线进给系统动态误差分析[J]. 机械科学与技术,2020,39(12):1882-1888 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200187
Su Fang, Wang Chensheng, Guo Gang, Gao Yanmeng. Dynamic Error Analysis of Feed System Considering Change of Inertia Ratio[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(12): 1882-1888. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200187
Citation: Su Fang, Wang Chensheng, Guo Gang, Gao Yanmeng. Dynamic Error Analysis of Feed System Considering Change of Inertia Ratio[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(12): 1882-1888. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200187

计及惯量比变化的直线进给系统动态误差分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200187
基金项目: 国家科技重大专项(2017ZX04013001)与大同市重点研发计划项目(2018-022)资助
详细信息
    作者简介:

    苏芳(1986−),讲师,硕士,研究方向为机械结构动力学, sufang@sxdtdx.edu.cn

  • 中图分类号: TH16

Dynamic Error Analysis of Feed System Considering Change of Inertia Ratio

  • 摘要: 直线进给系统的性能是机床加工精度的基础保障,为研究工作过程中惯量比对直线进给系统运动精度及动态特性影响,充分考虑丝杠和工作台振动特性建立了进给系统动力学模型;基于Simulink,将机械结构动力学模型与伺服驱动系统模型相结合,搭建了直线进给系统机电耦合仿真模型,并以此为基础开展了惯量比对直线进给系统性能影响规律研究。分析结果显示,惯量比对直线进给系统动态特性有重要影响,惯量比增大,进给系统调整时间增加,超调量增大,响应性能变差,直线进给系统动态特性也变差;惯量比与定位精度有直接关系,特定的直线进给系统机械结构对应的最佳定位精度具有特定的惯量比要求;随着惯量比的增加,直线进给系统动刚度降低。研究结论可为直线进给系统设计及工况选择提供有效参考。
  • 图  1  进给系统机械结构

    图  2  三环伺服控制系统结构

    图  3  接合面等效

    图  4  进给系统简化模型

    图  5  仿真结果

    图  6  机电耦合仿真结构

    图  7  阶跃信号位移响应

    图  8  定位精度

    图  9  斜坡信号位移响应

    图  10  惯量比与动刚度关系

    表  1  结构件参数

    参数丝杠工作台
    结构参数/m 长度:3 长度:2
    直径:0.08 宽度:1
    厚度:0.2
    弹性模量/Pa 2.1×1011 2.1×1011
    泊松比 0.3 0.3
    密度/(kg·m3) 7850 7800
    质量/kg 78.195 2146.52
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    表  2  刚度参数

    电机联轴器轴承丝杠螺母导轨滑块
    回转2.6×108 N∙mm/rad 回转2.6×108 N∙mm/rad 轴向6.07×105 N/mm 轴向2.64×105 N/mm y向1.25×105 N∙mm
    径向2.7×106 N/mm 径向1×106 N/mm z向1.25×105 N/mm
    转动2×108 N∙mm/rad 转动1×109 N∙mm/rad 转动2.85×107 N∙mm/rad
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    表  3  进给系统典型工况对应惯量比

    工况惯量比
    空载 3.86
    工件500 kg;切削力200 N 4.03
    工件1000 kg;切削力400 N 4.20
    工件2 000 kg;切削力600 N 4.54
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    表  4  响应性能

    惯量比超调量/mm调整时间/s
    3.86 0.0018 0.28
    4.03 0.018 0.35
    4.20 0.053 0.52
    4.54 0.138 0.98
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-11
  • 网络出版日期:  2020-12-08
  • 刊出日期:  2020-12-05

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