重型机床进给伺服系统性能分析与电机选型

摘要

重型机床工件质量大、机床尺寸大、切削负载大。机床机械传动部件转动惯量会影响整个系统的谐振频率及动态性能，因此重型机床电机选型中若未处理好负载/电机惯量匹配的问题，将会影响整个伺服系统的灵敏度、伺服精度以及响应速度。目前，仍缺乏面向重型机床的电机选配规范和电机选型软件，基于此，本文对进给伺服系统的动态性能及惯量匹配问题进行了研究，给出了面向重型机床的电机选配规范，并开发了电机选型软件。
　　分析了不同惯量比对进给伺服系统性能的影响。以GMC1600H/2五坐标横梁移动龙门加工中心为研究对象，在simulink中搭建其进给伺服系统仿真模型。仿真模型中考虑了摩擦力的影响，采用改进的Stribeck摩擦模型表示，并通过实验辨识得到模型中的未知参数；通过最小二乘法对进给系统等效刚度开展参数辨识，提高所建仿真模型的精确度。对比实验与仿真得到的位置跟随误差、速度、圆度误差等验证了所建仿真模型的有效性。在此基础上仿真分析了惯量比对系统增益、系统闭环特性以及加工轮廓误差的影响，得到合适的惯量比。
　　以武重某滚珠丝杠驱动工作台为例详细介绍了电机选型计算及其校核过程；为了简化重型机床电机选型的计算过程，基于Matlab GUI搭建了电机选型与评估软件，该软件考虑了重型机床的多种驱动方式，用户只需输入相关参数便可实现电机选型。软件在武汉重型机床集团有限公司和北京第一机床厂开展了初步应用，验证了该软件的有效性。

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1 绪 论

1.1 课题来源

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 主要工作

2 重型机床进给伺服系统参数辨识

2.1 重型机床进给伺服系统仿真模型

2.2 进给系统刚度、摩擦力模型参数辨识方法

2.3 机床参数辨识实验

2.4 本章小结

3 重型机床进给伺服系统实验与性能仿真分析

3.1 进给伺服系统仿真模型实验验证

3.2 惯量比对单轴系统增益及闭环性能影响

3.3 重型数控机床双轴联动轮廓误差仿真分析

3.4 本章小结

4 重型机床电机选配规范与电机选型软件

4.1 重型机床电机选配规范

4.2 电机选型与评估软件

4.3 电机选型实例

4.4 本章小结

5 结论及展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间研究成果