进给伺服系统中复杂低速摩擦的作用机理及控制补偿方法研究

摘要

近些年来,数控机床进给系统的爬行问题一直困扰着机床行业,且随着进给伺服系统操作精密化和理论研究的深入,低速摩擦的作用不容忽视.因此,对数控加工设备的进给伺服系统建立正确的综合考虑机械参数、控制参数和摩擦非线性的动力学模型,深入分析复杂的低速摩擦特性对系统动态特性及稳定性的作用机理和影响规律,是提高进给系统工作性能的关键方法.本项目旨在探寻低速摩擦对进给系统的作用机理,总结其影响规律,为进给伺服系统动力学研究提供理论依据.从力学模型、问题侧重点和研究方法上分析了几种进给系统力学模型及其特点;基于单自由度力学模型，利用临界爬行速度一进给位置关系曲线和图形匹配技术，分别提出了进给系统结构参数辨识、Stribeck摩擦模型参数的非线性优化方法和改进链码特征识别法;利用泰勒级数将Stribeck摩擦模型进行极限逼近，根据判稳条件，获得了含摩擦系统出现极限环的条件;建立含中间传动环节的进给伺服系统的多自由度力学模型和数学模型，找出机械传动系统中的刚度薄弱环节;结合Lucre摩擦模型，较为全面的给出了摩擦对系统等效粘性阻尼的贡献、影响系统等效粘性阻尼大小的影响因素及规律;建立了高速滚珠丝杠副磨损的微接触模型和预紧力减小的数学模型，得到了轴向载荷和丝杠转速对接触面处磨损频率、单粗糙峰的磨损深度及有效接触率的影响规律;提出PID+前馈控制补偿方案，能够最大程度的提高系统的跟踪性能和定位性能;采用ML10双频激光干涉仪对某重型数控镬车床横向进给系统进行了现场测试，为理论分析提供了实验数据。