微小切削设备的精密进给单元伺服控制设计

摘要

针对国内国外市场对微小机床实用化的需求，本文设计并制作了一套精密进给伺服系统，能够满足微小机床对工作台小尺寸、高精度、大推力的要求，保证了微小机床可以切削钢材等难以切削的材料。
　　 本设计采用了超短导程的滚珠丝杠结构驱动微型工作台，保证有足够的推力输出；采用了装备有高分辨率编码器的交流伺服电机，保证了低速工作时的稳定性；采用了开放式结构的多轴运动控制卡，保证了系统的灵活性和程序的可移植性。建立了交流伺服电机的物理和数学模型、求解了系统的传递函数、应用MATLAB软件分析了系统的特性。根据理论分析，在系统调试中找到了一组合适的参数，使伺服系统达到了理想的工作状态。
　　 经过调整的精密进给伺服系统的技术指标为：整体尺寸200mm，行程100mm，持续推力200N，速度5rpm-2000rpm，分辨率0.5μm，位置误差±1μm。

目录

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第一章 绪论

§1.1微机床的发展现状

§1.2精密进给伺服系统的性能要求

§1.3微小机床伺服系统的特殊结构与性能要求

§1.3.1滑台的结构与性能要求

§1.3.2驱动系统的结构与性能要求

§1.3.3运动控制系统的结构与性能要求

§1.4微小机床伺服系统发展中面临的主要问题

§1.5本研究的目的和意义

§1.6本研究的内容

第二章 上位控制系统设计

§2.1上位机对执行结构的主要控制形式

§2.2可编程多轴运动控制卡的开放式体系结构

§2.3多轴运动控制卡的选用与调试

§2.4本章小结

第三章工作台的构建与驱动设计

§3.1直线定位工作台的驱动方案

§3.1.1直接驱动方式

§3.1.2间接驱动方式

§3.2直线定位工作台的结构设计

§3.2.1滚珠丝杠的选取

§3.2.2直线导轨的选取

§3.2.3线光栅尺的选取

§3.3伺服电机的选用与调试

§3.3.1交流伺服电机的结构与特点

§3.3.2交流伺服电机的驱动

§3.4本章小结

第四章工作台的数学建模及控制分析

§4.1负载分析

§4.2建立工作台的数学模型

§4.3建立交流永磁同步伺服电机的数学模型

§4.4工作台的控制分析

§4.4.1电流环整定

§4.4.2速度环整定

§4.4.3位置环整定

§4.4基于MATLAB/Simulink伺服系统建模与仿真

§4.5本章小结

第五章伺服系统的调整与补偿

§5.1运动控制卡内的调整与补偿

§5.2电机驱动器的调整与补偿

§5.3电机低速抖动的处理

§5.4本章小结

第六章结论与展望

§6.1全文总结

§6.2后续研究与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢