基于模态缩减法的进给系统机电耦合建模及性能分析

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1、中文摘要进给系统作为数控机床的关键组成部分之一，其响应特性的好坏直接决定了数控机床的加工精度与切削效率。基于模态缩减法建立的机床进给系统机电耦合模型，能够完整的描述实际数控机床进给系统的结构特性，并能较好的反映其静动态性能及运动特性。本文以精密卧式加工中心的进给系统为研究对象，通过进给系统的刚柔-机电耦合理论建模与仿真分析，系统研究其结构参数及机电综合作用对系统动力学特性的影响规律。主要研究内容如下：采用模态缩减法，对机床各结构件进行缩减处理，基于MATLAB/Simulink的状态空间法建立整机结构的缩减模型。通过仿真分析，与ANSYS分析结果对比验证该方法的有效性。在M

2、ATLAB/Simulink中，采用集中质量法，建立电机丝杠驱动系统的参数化动力学模型；建立了三环PID伺服系统的控制模型，基于机械结构间传动关系及机电耦合的输入输出关系，构建了进给系统刚柔-机电耦合仿真模型。针对进给系统动态性能的影响因素，进一步研究进给系统动力学性能的评价方法，指导进给系统静动态性能及响应特性的评价分析。开展进给系统动力学性能的仿真分析，系统的研究了机械结构参数、机-电参数综合作用对进给系统动力学性能的影响规律。关键词：模态缩减；刚柔耦合；伺服系统；机电耦合模型；动态特性IAbstractAsakeyfunctionalcomponentofNCmach

3、inetool,theperformancesofthefeeddrivesystemdirectlyaffectthemachiningaccuracyandcuttingefficiencyofthemachinetool.Themechatronicmodeloffeedsystemcancompletelydescribethestructuralcharacteristicsoftheoriginalmodel,andreflectthestatic-dynamicpropertiesandmotioncharacteristics.Thispaperpresen

4、tsaefficientmethodologytomodelandanalysisrigid-flexibleandmechatronicmodel.Theproposedmethodcanbeusedtostudytheinfluencefactorofthefeedsystemofprecisionhorizontalmachiningcenter,includingtheirstructuralparametersandinteractionofmechatronicparameters.Themainworksareasfollows:TheModelOrderRe

5、duction(MOR)modelofmachinetoolstructuresismodeled.Theassemblyofthenewcompletestate-spacesystemsiscarriedoutinMATLAB/Simulink.Inordertoquantifythebenefitsobtainedbyaredctionedsimuliation,theanalysisiscomparedwithinANSYS.Theparametricdynamicmodelofthemotor-screwdrivesystemismodelledusingthel

6、umpedmassmethod.ThemathematicalmodelofservosystemisestablishedinMATLAB/Simulink.ConsideringtheMORmodel,therigid-flexiblemechatronicmodelofthefeedsystemisconstructedbasedoninput-outputrelationshipoftheservosystemandmechanicalsystem.Consideringtheinfluencefactorsofdynamicperformanceoffeeding

7、system,someevaluationcriteriaisisstudyedtoguidetheevaluationoffeedsystemdynamicperformance.Basedonsimulationanalysis,theinfluencelawofthemechanicalstructureparametersandelectromechanicalcouplingparametersonthedynamiccharacteristicsofthefeedsystemisdeveloped.Ke