数控机床伺服系统刚度对定位精度影响的研究

摘要

现代数控机床向高精度、高速化方向不断发展，对其性能、精度和效率的要求日趋提高，特别是对伺服系统提出了很高的要求。数控机床对伺服系统的性能指标可归纳为：定位精度要高、跟踪指令的响应要快、系统的稳定性要好。可见数控机床的定位精度是衡量其性能的重要指标，影响数控机床定位精度的因素很多，其中伺服系统的刚度是最主要的因素之一，因此研究伺服系统的刚度对定位精度的影响有十分重要的意义。 本文对伺服系统的刚度和定位精度作了研究，得出了影响伺服系统刚度和定位精度的因素，分析了刚度对定位精度的影响，并提出了通过改善伺服系统的刚度以提高定位精度的措施。具体包括： 1．把数控机床伺服进给系统抽象为伺服驱动模块和机械传动系统模块的串连。分别建立了电枢控制的伺服电机的数学模型和机械传动机构的等效动力学模型，得出了传递函数，然后综合为伺服系统的传递函数。 2．伺服系统的刚度可分为机械刚度和伺服刚度。分别对机械刚度和伺服刚度作了分析，得出了伺服系统的结构和功能部件的参数对系统刚度的影响和刚度的变化规律，并提出了改善刚度的方法和措施。 3．根据建立的数控伺服系统的数学模型，分析了伺服进给系统在位置信号、速度信号输入下的稳态误差和伺服系统在开环和闭环时的定位误差，求出了闭环伺服系统伺服误差的表达式，并对表达式作了分析。 4．分析了开环、半闭环、闭环时伺服系统的刚度对定位精度的影响。重点分析了影响伺服系统定位精度的主要因素伺服静刚度误差。并采用前馈控制的方法来消除伺服静刚度误差以提高伺服系统的定位精度，并通过simulink仿真对此方法作了验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1数控机床概述

1.1.1数控机床的概念

1.1.2数控机床的组成

1.1.3数控机床的特点

1.2伺服系统概述

1.2.1伺服系统的组成

1.2.2数控机床对进给伺服系统的要求

1.2.3进给伺服系统的发展

1.3本课题研究的意义

1.4课题研究的主要内容

第二章伺服系统的数学模型

2.1数控进给伺服系统

2.2伺服系统模型的简化

2.3伺服驱动系统的数学模型

2.4机械传动系统的数学模型

2.4.1机械传动机构的等效动力学模型

2.4.2机械参量的折算

2.4.3机械传动机构的传递函数

2.5数控伺服系统的数学模型的建立

2.6本章小节

第三章伺服系统刚度的研究

3.1伺服系统刚度的概念

3.1.1伺服系统的机械刚度

3.1.2伺服系统的伺服刚度

3.2滚珠丝杠伺服系统的机械刚度

3.2.1滚珠丝杠伺服系统的轴向刚度

3.2.2伺服系统扭转刚度

3.2.3提高伺服系统机械刚度的措施及方法

3.3滚珠丝杠伺服系统的伺服刚度

3.3.1滚珠丝杠伺服系统的静伺服刚度

3.3.2滚珠丝杠伺服系统的伺服动刚度

3.3.3提高系统伺服刚度的措施及方法

3.4本章小节

第四章伺服系统定位精度的研究

4.1伺服系统的稳态误差

4.2伺服系统定位误差的分析

4.2.1开环和半闭环伺服系统的定位误差分析

4.2.2闭环伺服系统的伺服精度分析

4.3本章小节

第五章刚度对定位精度影响的分析

5.1伺服系统的机械刚度对定位精度的影响

5.1.1机械刚度对定位误差影响的分析

5.1.2机械刚度对死区误差影响的分析

5.1.3机械刚度对动态误差影响的分析

5.2伺服系统的伺服刚度对定位精度的影响

5.3稳态干扰作用下伺服系统伺服静刚度误差的消除和仿真

5.3.1扰动作用下伺服系统稳态误差的消除

5.3.2消除稳态误差的simulink仿真

5.4本章小节

结论

参考文献

致谢

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