【硕士论文】数控机床直接驱动高速进给系统动态特性研究.pdf

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1、华南理工大学博士学位论文数控机床直接驱动高速进给系统动态特性研究姓名：肖曙红申请学位级别：博士专业：机械制造及其自动化指导教师：郑时雄;张伯霖2001.5.15摘要．f高速度、高效率、高精度加工是现代加工技术追求的主要目标。为了满足这种需要，必须开发出能实现这些目标的高速机床。实现机床高速化的关键就是要使机床主轴及进给系统高速化，而这两个系统高速化的最理想途径是使系统的传动环节减少，采用直接传动的方法。直接传动的主轴，即电主轴，目前已在数控机床上得到应用。采用直线电机实现高速度、高动态性能、大行程、大推力进给系统的直接传动研究还处于起步阶段。本文针对这种趋势，在国家自

2、然科学基金资助下，围绕高速数控机床高速化关键部件之一的大推力、长行程直线电机直接驱动高速进给系统开展研究，目的是要掌握大推力、高速直线电机在机床进给系统中应用的特点、直接驱动进给系统的设计理论、位置调节与控制技术和动态性能优化方法，为推广应用这类系统提供理论依据。7一本文首先分析了制造业高速、高效、高精度加工的发展趋势、高速加工的主要特点及对数控机床结构的影响和主要要求、实现机床高速化的措施。然后介绍了国内外直线电机在高速数控机床上应用的研究现状：在此基础上，说明了本论文研究的背景、对象和意义。接着，论述了数控机床进给系统高速化的关键技术，包括实现数控机床进给系统直接

3、驱动的直线电机工作原理、类型及其伺服控制技术；高速进给对数控机床导轨的主要要求、常用的高速导轨的类型与特点；直线电机工作时强大的电磁吸力对工作台结构的影响；工作台材料的选择和工作台结构优化设计的方法；根据直接驱动进给系统的特点，分析了直接驱动对机床床身结构的影响和设计时应注意的问题。第三章对直线电机直接驱动进给系统的组成与总体方案设计进行了探讨。分析了系统的基本组成和应用特点，介绍了直线电机在机床中的主要配置形式及其优缺点，对影响直接驱动进给系统性能的主要因素和补偿措施进行了详细分析，并论述了直接驱动伺服系统适用的控制策略。僳四章主别研究直接驱动进给系统动态参数辨识与

4、系统建模。陋过对直线电机工作特点的分析，建立了直线电机的数学模型；分析了直接驱动位置控制器的要求：根据实际系统提供的位置控制方式，分析了常用的Jp卅加速度前馈位置控制算法及其对系统性能的影响，并对实际系统进行了仿真研究。第五章主萝研究直接驱动进给系统的稳定性与参数优化。f为了定量确定系统的主要控制参数——位置控华南理工大学工学博士学位论文制器和速度控制器的增益尼、丘，介绍了一种基于非线性系统稳定性分析方法；按该丙法推导出了确定位置控制器和速度控制器的增益尼、以的表达式。为了说明方法的有效性，对直接驱动进给系统实例进行调试和性能实验研究。第六章主要脸述疽接驱动进给系统的

5、动态刚度与精度。阳对比的方法，分析了直接驱动方式与滚珠丝杠传动方式在动态特性方面的差异和影响因素。其次对直接驱动的动态刚度进行了详细研究，试图找出直接驱动系统动态刚度的变化规律，为直接驱p、动的性能优化打下基础。j论文的最后对直接驱动进给系统的特性影响因素和动态，刚度的实验研究。(并根据论文的研究成果，进行了总结，对直接驱动进给系统的、进一步研究提出了意见和设想。，7。关键词：直线电机：真接驱动进给系统：高速机床；高速加工IIABSTRACTAbstractHighspeed，highefnciency；highaccuracymachiningismainaimfb

6、radVancedmachiningtechnology．High·speedmachinetoolsshouldbedevelopedtomeetthisdemand．Thekeytechnologyofrealizinghigh-speedmachinetoolisspeedupthemachinetool’sspindleandfeedsystem．Tbspeedupthesetwosystems，theidealmethodjsreducetransmjssionsaJldadopts“directdriVe”“DjrectdrjVe”spjnd】e，tlla

7、tjselectricalspindle，hasbeenintroducedintomachinetoolsatpresem．ItisonlyatitsfirststeptouseIinearmotorstodirectlydrivefeedsystemtoreaIizehighVelocity，highdynamic，Iongdistanceandlargethmstforcefeedsystem．Thisdissertationaimsatthistrends，developsstudyaroundoneofkeycomponents—large