滚珠丝杠进给系统刚度建模及仿真.pdf

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1、试验研究现代制造工程2010年第1l期滚珠丝杠进给系统刚度建模及仿真‘吴沁1”，芮执元1’2，杨建军1”，王富强1’2(1兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室，兰州730050；2兰州理工大学机电工程学院，兰州730050)摘要：以数控机床为研究对象，建立滚珠丝杠进给系统动力学模型。并根据滚珠丝杠的安装方式，建立进给系统轴向刚度和扭转刚度模型。根据刚度对进给系统动态特性的影响，利用动态仿真工具MATLAB／Simulink建立包含刚度环节的进给系统仿真模型，获得了反映系统性能的仿真曲线。为减小刚度因素对系统性能的影响，提出控制补偿策略，仿真结果

2、表明该策略提高了进给系统的稳定性和快速响应特性，减少了系统稳态误差。关键词：进给系统；刚度；建模；仿真；前馈控制中图分类号：TP391．9文献标识码：A文章编号：167l—3133(2010)1l—0005--05ThestiffnessmodelingandsimulationofballscrewfeedsystemWUQinl”，RUIZhi—yuanl”，YANGJian-junl”，WANGFu．qian91·2(1KeyLaboratoryofDigitalManufacturingTechnologyandApplication，theMinist

3、ryofEducation，La／1zhouUniversityofTechnology，Lanzhou730050，China；2SchoolofMechanicalandElectronicalEngineering，LanzhouUniversityofTechnology，Lanzhou730050，China)Abstract：TheNumericalControlfNC)macbinetoolwa8investigatedandthedynamicsmodelforthefeedseryosystemwasestal>-lished．Basedont

4、hefLxingconstraintoftheballscrew．themathematicalmodelsofaxialsti肋铭8andtorsionstilt．sareCOil-strueted．Accordingtotheeffectsofstiffnessonthedynamicperformance，thesimulationmodelforCNCmachinetoolfeedsystemwithstiffnessconsideredW88setupbythedynamicsimulationt∞lMATLAB／Simulink，andaculwer

5、epresentingtheperformanceofthesystemwasobtained．ToreducetheeffectofstiffnessOilthesystem，thestrategyisusedforstiffnesscompensation．Thesire-ulationresultsshowthatthestabilityandresponseperformancesofthesystemareimpmvedandthesteady·-stateelrorofthesys·-temi8reducedbythecontrolstrategy．

6、Keywords：feedsystem；stiffness；modeling；simulation；feedforwardcontrolO引言滚珠丝杠进给系统是数控机床的关键组成部分，因此进给传动部件动态特性的好坏直接影响到数控机床的工作性能和加工精度。现代数控机床日益向着高速、高效率和高精度方向发展，对机床进给传动部件的设计要求也越来越高。目前对于直线电动机驱动的研究虽然很热，但由于一些技术上的问题尚未解决，实际应用较少，数控机床仍多采用成熟的滚珠丝杠副作为进给系统的传动部件。建立滚珠丝杠进给系统的动力学模型，并对其进行动力学分析，通过仿真结果可以在设计阶段预

7、测其动态特性。·国家科技重大专项资助项目(2009ZX04001-015)目前对滚珠丝杠进给系统的设计，国内外一些学者做了大量的研究，取得了许多成果。在滚珠丝杠传动系统中，丝杠的轴向振动和扭转振动会引起工作台产生轴向位移，影响丁作台的定位精度。文献[1]、文献[2]研究了带有移动质量的丝杠的扭转振动与轴向振动。文献[3]对数控机床的综合刚度做了分析，对刚度引起的误差进行了理论计算，并提出改进措施，但就刚度对系统动、静态性能的影响机理未做深入研究。文献[4]、文献[5]在进给系统的建模方面做了大量的工作，这些模型对系统的描述具有一定的局限性，仅从机床进给系统的结构

8、方面进行改进，未考虑采用