基于状态空间模型的机床加工精度分析

摘要

伺服进给系统的机电耦合特性直接影响数控机床的加工精度,单独针对伺服系统或机械系统建立的模型不足以准确分析系统参数对机床整机加工精度的影响.因此,综合考虑机床伺服系统与机械结构之间的耦合关系,建立伺服进给系统机电耦合动力学模型具有重要意义.首先,为保证伺服进给系统建模精度,利用状态空间法建立了机床机电耦合状态空间方程.其次,建立了伺服进给系统机电耦合Simulink模型,在此基础上采用复合控制提高系统的响应速度和加工精度.随后,利用多体动力学软件建立机床进给系统的刚柔耦合动力学模型,添加摩擦、阻尼等非线性因素,并导入Simulink与伺服系统建立耦合关系.最终,建立了卧式加工中心伺服进给系统的刚柔-机电耦合仿真加工平台,通过模拟机床加工轨迹以验证机电耦合状态空间模型的可靠性.结果表明:该状态空间模型能准确描述系统内部参数和系统输入输出的耦合关系;采用复合控制结构能有效提高系统的响应速度和加工精度.研究结果为数控机床的仿真建模和提高加工精度提供理论依据,为机床机电系统的设计提供有效指导.