數(shù)控外圓磨床廠家：考慮摩擦和間隙影響的平面磨床進(jìn)給伺服系統(tǒng)建模與分析（五）

上篇我們講了摩擦因素對(duì)數(shù)控外圓磨床、精密平面磨床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的影響，今天分析間隙因素的影響。

2、間隙因素

  以下討論在不計(jì)摩擦影響時(shí)，討論絲杠螺母副之間的間隙對(duì)工作臺(tái)輸出的影響。

  圖12-13給出了間隙量B=2.5μm，輸入速度分別為0.001m/s（小于stribeck速度）和0.01m/s（大于stribeck速度）的仿真結(jié)果，圖14給出了間隙量為B=5μm,輸入速度為0.01m/s的仿真結(jié)果。

  從圖12-14可以看出，無(wú)摩擦情況下，由于間隙的作用，不管進(jìn)給速度是否小于stribeck速度，工作臺(tái)的速度響應(yīng)經(jīng)過(guò)過(guò)度階段后，均在目標(biāo)值附近呈周期性振蕩，導(dǎo)致定位誤差，但均不會(huì)引起工作臺(tái)的爬行。相同進(jìn)給速度下，間隙值增大，工作臺(tái)的響應(yīng)速度的振蕩幅值也隨之增加。

3、間隙和摩擦的共同因素

  間隙的單獨(dú)作用不會(huì)產(chǎn)生明顯爬行，以下研究和摩擦共同作用下的影響。圖15-16給出了進(jìn)給速度為0.001m/s，間隙為B=2.5μm的情況下，h分別為1.4和1.7時(shí)的工作臺(tái)的輸出。

  將圖15與圖8比較可以發(fā)現(xiàn)，在只考慮摩擦因素時(shí)，h=1.4不會(huì)引起工作臺(tái)的爬行，而計(jì)入間隙的耦合作用時(shí)卻明顯發(fā)生了爬行現(xiàn)象。圖16和圖9在h=1.7時(shí)得到的結(jié)果相近，不過(guò)間隙存在時(shí)工作臺(tái)的速度突變的幅值較無(wú)間隙情況下有所增加。這表明，間隙雖不是導(dǎo)致爬行的直接原因，卻會(huì)令系統(tǒng)在較低的靜動(dòng)摩擦力比值下發(fā)生爬行。

4、消除進(jìn)給伺服系統(tǒng)爬行的常見(jiàn)措施

  以上分析從理論上給出了導(dǎo)致數(shù)控外圓磨床、精密平面磨床進(jìn)給系統(tǒng)出現(xiàn)爬行的幾種因素。爬行會(huì)對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)造成不利影響，但在低速微量進(jìn)給時(shí)要完全消除爬行現(xiàn)象非常困難。常見(jiàn)的消除爬行的措施有：

摩擦方面：

①改善潤(rùn)滑條件，減小靜動(dòng)摩擦力差異和提高stribeck速度。如可采用氣動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌，不過(guò)勢(shì)必增加成本。②采用抗摩擦材料，如聚氯乙烯或青銅混合材料等。③高頻激振法（抖動(dòng)法），但該方法可能引起零件磨損。④以及軟件 進(jìn)行摩擦補(bǔ)償法等。

間隙方面：

①雙螺母預(yù)載。②采用抗磨損材料。③注意清潔和維護(hù)，防止粉塵顆粒進(jìn)入螺母副而加速磨損。④軟件進(jìn)行間隙補(bǔ)償?shù)取?/span>

此外，如果結(jié)構(gòu)條件允許，還可以采用減小慣量和提高傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度等措施來(lái)消除爬行。

5、結(jié)束語(yǔ)：針對(duì)閉環(huán)控制的數(shù)控外圓磨床、精密平面磨床進(jìn)給伺服系統(tǒng)，建立了完善的控制系統(tǒng)模型，模型中充分考慮了摩擦和間隙的非線性因素的影響。通過(guò)數(shù)值仿真，著重分析了機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)產(chǎn)生爬行的機(jī)理，詳細(xì)討論了勻低速進(jìn)給條件下摩擦和間隙對(duì)系統(tǒng)輸出的影響規(guī)律。仿真結(jié)果表明，stribeck速度和靜動(dòng)摩擦力差異是導(dǎo)致爬行現(xiàn)象的直接原因，而間隙會(huì)降低爬行產(chǎn)生的條件，引起響應(yīng)速度振蕩，產(chǎn)生定位誤差。理論分析與工程實(shí)際觀測(cè)的現(xiàn)象基本一致，表明了建立的系統(tǒng)模型是比較合理、適用的。