Simulink的进给系统机械刚度的仿真分析.pdf

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1、2014年5月机床与液压Mav2014第42卷第9期MACHINET00L&HYDRAULICSVo1．42No．9DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2014．09．042基于MATLAB／Simulink的进给系统机械刚度的仿真分析尹明，国兰兰(内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头014010)摘要：机械刚度是反映机械结构抵抗变形的能力。如果传动机构的刚度不足，必然会使传动机构产生弹性变形，影响系统的定位精度、动态稳定性和响应的快速性。主要应用Simulink软件仿真分析机械传动机构中扭转刚度和轴向刚度对进给系统运动稳定性的影响，仿真结果表明：机械刚

2、度中的轴向刚度对进给系统平稳性的影响要远大于扭转刚度，所以应着重通过提高轴向刚度来抑制刚度不足引起的进给运动的不平稳。关键词：机械刚度；进给系统；MATLAB／Simulink仿真中图分类号：TBI13．2文献标识码：A文章编号：MechanicalRigiditySimulationofFeedSystemBasedonMATLAB／SimulinkYINMing．GUOLanlan(MechanicalEngineeringSchool，InnerMongoliaUniversityofScience&Technology，BaotouInnerMongolia014010

3、，China)Abstract：Meehanicalstiffnessreflectstheabilitytoresistdeformationofthemechanicalstructure．Inthelowspeedoroverloa—ding，thesystemstiffnessdeficiencycancausecreepphenomenonofmachinetool，therebythepositioningprecision，dynamicstabilityandresponsespeedofthemachinetoolarereduced．Simulinksimu

4、lationanalysiswasusedtoanalyzetheinfluencesoftorsionalstiff-nessandaxialstiffnessofmechanicaltransmissionmechanismonthemovementstabilityoffeedsystem．Thesimulationresultsshowthattheeffectoftheaxialmechanicalstiffnessonthestabilityofthefeedsystemismuchgreaterthanthatofthetorsionalstiffness．Sot

5、hewaythatthroughincreasingaxialstiffnesstocontrolmovementunstabilitycausedbyinsufficientstiffnessshouldbepaidmoreatten—tion．Keywords：Mechanicalstiffness；Feedsystem；MATLAB／Simulinksimulation机电综合传动刚度是衡量数控机床传动系统抵抗1．1交流伺服电机的数学模型轴向变形能力的重要指标，该指标是设计数控机床定忽略铁芯的饱和与电机组漏感，假设产生的反电位精度的依据。进给系统的综合等效传动刚度包括等动

6、势是正弦的，励磁压力没有高次谐波，运用坐标变效扭转刚度(文中主要考虑滚珠丝杠的扭转刚度)换理论，再按转子磁场定向并使i=0的PMSM矢量和等效轴向刚度，其中等效刚度主要包括滚珠丝杠的控制，可以建立永磁同步电动机的数学模型，如下：轴向刚度、滚珠丝杠螺母副的接触刚度、支承轴承的电压方程轴向刚度以及螺母座和轴承座的轴向刚度。所以进给aq=Ri+三qdiq+(1)伺服系统传动链的合理设计是保证数控机床具有好的【“稳定性、高精度以及高可靠性的必要条件。d：一1进给系统仿真模型的建立电磁转矩方程进给系统的结构简图见图1。T=oPfi=K,i(2)伺服驱动系统机械运动方程+c：K,i～TL(

7、3)式中：u分别为经过d、q轴变换后等效电压；i、i分别为d、q轴等效的电流；L、L分别为d、I位置反馈I：机械传动机构q轴的等效电感；R为电机内部等效电阻；砂为永磁体产生的恒定磁通；为转子旋转角速度(电角度图1进给系统的结构简图表示)；P为电机的极对数；To为PMSM电磁转矩；收稿日期：2013—03—28作者简介：尹明(1960一)，男，工学硕士，高级工程师，研究方向为数控技术及应用。E—mail：yinming@imust．an。·152·机床与液压第42卷为电机轴上的负载转矩；C为电