基于刚柔-机电耦合的龙门机床主轴进给驱动联合仿真.pdf

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1、2016年1月机械设计与制造工程Jan．2016第45卷第1期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．45No．1DOI：10．3969／j。issn．2095—509X．2016．O1．005基于刚柔一机电耦合的龙门机床主轴进给驱动联合仿真胡芳，叶文华(南京航空航天大学机械电子工程学院，江苏南京210016)摘要：以龙门机床主轴进给驱动为研究对象，利用虚拟样机技术建立其多体动力学模型，确定了丝杠、滑枕柔性和导轨一滑块结合面参数，构建了主轴进给模块刚柔耦合模型；在MATLAB／Simu．1ink中建立了永磁

2、同步电机矢量控制模型，通过二者间的接口，建立了龙门机床主轴进给驱动刚柔一机电耦合仿真模型，对三环PID参数进行了整定。仿真结果表明，设计的伺服系统具有快速、稳定和准确的特点。该仿真模型也实现了复杂机电系统的联合仿真。关键词：龙门机床；伺服进给系统；刚柔耦合；机电耦合；联合仿真中图分类号：TH122文献标志码：A文章编号：2095—509X(2016)O1—0027—051龙门机床主轴进给驱动联合仿真问题的电伺服系统中，机械系统和控制系统闻存在直接的提出机电耦合作用，因此为了提高整个伺服系统的性龙门机床主轴进给驱动主要由伺服驱动器、永能，机械系统和控制系统

3、需要联合起来设计_2]。磁同步电机、联轴器、滚珠丝杠副、滑枕和导轨等组基于多领域建模和联合仿真技术能够较好地成。传统机电伺服系统的设计，机械部分和电气部解决机电控制系统设计的不足，可以运用联合仿真技术对机械系统和控制系统进行联合设计_3]。利分是独立建模分开设计的，它们分别根据各自被分配的性能指标完成设计、制造，然后将二者组装起用虚拟样机技术将控制系统和机械系统联合起来来进行测试，若未达到设计要求再对设计方案进行进行反复调试，直到获得满足设计要求的结果，最修改重新设计⋯。其流程如图l所示。然而在机后再进行物理样机试制，这样能够大大缩短开发周期，降低开发成

4、本。其设计流程如图2所示。获取系统性能指标为机械系统、控制系统制定性能指标机械系统设计II控制系统设计机械系统实现II控制系统实现系统集成与测试图2机电系统联合仿真Y本文以龙门机床主轴进给驱动为研究对象，分⑨别在ADAMS和MATLAB中建立机械系统和控制系统模型，并通过二者间的接口，将机械系统模型收稿日期：2015—10—09基金项目：江苏省产学研前瞻性联合研究项目(BY2009103)；江苏省“六大人才高峰”项目作者简介：胡芳(1989一)，女，江苏泗阳人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为龙门机床伺服进给系统联合仿真分析。·27·2016年

5、第1期胡芳：基于刚柔一机电耦合的龙门机床主轴进给驱动联合仿真近实际物理模型；此外，通过MATLAB／Simulink能伺服进给驱动系统联合仿真【j]．机床与液压，2013(15)：160—163．够解决ADAMS软件只能进行简单控制的问题，通罗卫平．基于刚柔耦合的数控机床动态特性分析[J]．机床过对刚柔一机电耦合模型进行仿真分析，为物理样与液压，201l(5)：118—120．机的设计打下了坚实的基础。姚延风，刘强。吴文镜．基于刚柔一机电耦合的机床直线电机进给系统动态性能仿真研究[J]．振动与冲击，2011(1)：参考文献：191一l96．[1]Dequ

6、idtA，CastelainJM，Valde8E．Mechanicalpre—d~ignof张学良．机械结合面动态基础性能理论、实验与建模研究hishperformancemotionservomechanisms[J]．Mechanismand[M]．西安：西安理工大学出版社，1998．陈峰华．ADAMS2012虚拟样机技术从入门到精通[M]．北MachineTheory，2000，35(8)：1047—1063．[2]保宏，段宝岩，杜敬利，等．复杂机构的控制与结构同步优化京：清华大学出版社，2013．设计[J]．计算力学学报，2008(1)：8一l3

7、．李虎．加工中心进给系统机电联合仿真研究[D]．武汉：华中[3]叶献彬，张东升，冯斌．基于ADAMS与MATLAB的数控机床科技大学，2012．Co—simulationofthespindleservofeedsystemofgantrymachinetoolbasedonrigid—flexible＆electrical—mechanicalcouplingHUFang，YEWenhua1J1J1●-1J1竺JJ(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，NanjingUniversityofAeronau

8、ticsandAstronautics，JiangsuNanjing，21001