数控机床进给系统建模仿真分析与

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1、数控机床进给系统建模仿真分析与设计参数优化机械0806王龙1、课题来源本课题来源于华中科技大学本科生毕业设计，由CAD中心指导。指导老师黄运保王启富2、课题研究目的和意义2.1、研究目的课题以数控机床进给系统为实例，建立通用的进给系统多领域模型库，解决进给系统多领域耦合问题，为统一模型仿真精度的进一步提高提供理论基础。相比于传统的加工系统，数控机床进给系统的设计在加工系统的加工精度、稳定性及应用范围上提出了更高的要求，建模仿真技术是进一步研究设计系统性能的重要手段，如何进行高效率、高精度的仿真成了进给系统研究的关键。2.2、课题研究的重大

2、意义机床进给系统的建模仿真的意义与重要性主要体现在以下几个方面(1)机床进给传动系统模型研发的要求：对部件设计时，必须深刻理解各部件在可能工作条件下的物理特性要求，而系统建模与仿真是目前通用的手段。(2)机床伺服系统设计要求：随着机床技术的快速发展，对机床伺服精度的要求越来越高。为保证精度要求，伺服控制方法也变得繁复，而建立伺服控制系统模型是对系统进行分析以达到提高机床精度设计的前提条件。(3)机床优化运行要求：通过对机床性能检测(温升、变形等)评估，可以优化机床的运行，可以带来巨大的经济效益。建立系统的统一模型是进一步优化机床运行状态必

3、须完成的工作。(4)仿真开发效率的要求：当前，国内机床技术发展与国外相比还有一定的差距，机床各系统的协调运动变得复杂而难掌握。机床仿真模型库的开发应用，可以在较短的时间内搭建仿真系统模型，有效地提高机床的建模效率，降低开发周期。基于上述考虑，数控机床进给系统对各种影响因素都提出了很高的要求，这就需要我们应用仿真模型和参数的优化设计，模拟进给系统的实际运行情况。3、研究现状和相关背景3.1多领域物理系统建模仿真技术复杂产品通常是机械、控制、电子、液压、气动和软件等多个不同学科领域子系统的综合组合体。要对这些复杂产品进行完整、准确的仿真分析，

4、靠单个领域的仿真是远远不够的，多领域建模及协同仿真技术便应运而生，它对于完整研究复杂产品的行为具有重要意义。机床进给系统是由机械传动系统、电气系统、控制系统、润滑系统和冷却系统等不同分系统构成的有机整体，这些子系统分属于不同的学科领域，各个子系统间存在着多物理过程及多参量复杂耦合关系，而机床进给系统动态性能研究由各个子系统间的耦合关系和系统输入等因素决定，且子系统的动态性能也不是仅由单个系统的结构参数就能完全确定的，它还受与之耦合的其他子系统的影响。为建立进给系统的统一模型，问题的关键在于如何实现进给系统内部多领域间的统一耦合。目前针对机

5、床进给系统性能研究的越来越多，但仍然局限于分系统或针对单领域，很少涉及到多个领域间的统一建模与仿真。机床进给系统示意图:机床进给系统模型:多领域建模是协同仿真分析的前提，目前多领域建模方法主要有三种：一种是基于接口的方法；一种是基于高层体系结构(HighLevelArchitecture,HLA)的方法，还一种则是基于统一语言的方法。（1）基于接口的多领域建模基于接口的方法是充分发挥各领域商用仿真软件在各自领域的特长，利用它们分别完成各自领域仿真模型的构建，然后基于各领域商用仿真软件之间提供的接口完成多领域建模，从而实现不同领域模型之间的

6、“协同仿真运行”，达到对产品的设计、分析、测试与评估的目的。基于接口的多领域建模技术的关键是正确利用支持多领域建模的商用仿真软件之间的接口进行数据转化，以充分发挥各软件的特长，弥补彼此的不足。当然，我们也应该看到它存在的很多缺点：①仿真软件需提供软件接口，建立接口处耦合关系，才能实现多领域建模；②软件接口属商业公司私有，不具备开放性与标准性，扩充困难。（2）基于高层体系结构的方法（HLA）HLA是一种支持分布式仿真的集成框架标准，它将由不同领域的仿真软件建立的模型划分为不同的联邦成员，并按照HLA的规范进行集成以实现协同仿真。因此，基于H

7、LA的多领域建模方法实质上是一种模型集成方法，它需要得到各领域商用仿真软件公司的合作，需要针对不同的仿真应用配置模型接口，编写集成代码，实现较为困难，而且需要人为地割裂不同领域子系统之间的耦合关系。基于HLA的建模法克服了基于接口的建模法的诸多缺陷，较好的实现了多领域系统的建模仿真。它的主要缺点如下：①领域组件建模需得到各领域商用仿真工具的合作；②人为割裂各领域子系统间的耦合，实现子系统集成较困难；③针对不同仿真应用配置编写代码，在多个求解器步长协调方面存在技术难题。（3）基于统一建模语言的多领域建模基于统一建模语言的多领域建模方法具有建

8、立与领域无关的通用模型的能力，可实现任意特定领域的统一建模。由于其模型描述形式相同，故基于统一建模语言的多领域建模方法能够实现不同领域模型间的无缝集成和数据交换。其中，最为常用的是Modeli