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重型数控铣车床C轴精密定位技术研究

作　者: 张庆芳
导　师: 韩振宇
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 定位精度双伺服电机 C轴模态分析静力分析 PMAC
分类号: TG547
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 59次
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内容摘要

重型数控铣车床是实现大型精密零部件加工的必需设备。在数控铣车床中,C轴即为绕主轴轴线(Z轴)的回转轴,在数控加工中心中,主要利用C轴的功能来实现主轴的插补运动,加工复杂的曲线、曲面。C轴的定位精度是判断高精度重型数控机床精度的一项重要指标,其精度直接决定了加工复杂零部件的精度。影响重型数控机床C轴定位精度的因素很多,而齿隙的大小对C轴定位精度的影响是最突出的,所以,为了提高重型数控铣车床的定位精度必须设法减小齿隙的大小;另外对于C轴传动部分,处于工作状态时的受力变形对定位精度的影响也是不能忽略的。为了消除C轴传动时传动链末端的齿隙,本文提出了一种采用双伺服电机传动,通过双电机的相互配合来消除传动链末端齿隙的方法。基于理论数学模型,建立了双伺服电机驱动的动力学模型,并且进行了动态仿真。仿真结果表明采用主从式运动的双电机能够很好的实现跟随运动;在分析双电机在运动过程中消除齿隙的原理的基础上,通过引入齿隙模型构建了双电机消隙的动力学模型,并行进行了仿真,仿真结果表明齿隙的存在导致系统的上升时间、调整时间变长,系统响应变慢。针对C轴传动部分工作时的受力状况,采用ANSYS-workbench软件对C轴部件进行了模态分析和静力学分析,为C轴零部件的设计改进提供了参考依据。最后,设计了双伺服电机消隙验证实验装置,通过PMAC多轴运动控制器控制双伺服电机联合运动,很好的实现了双电机的驱动消隙功能。实验结果表明,双电机驱动消隙方法可以很好的消除传动齿隙,提高C轴的定位精度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题研究的背景与意义  8-9
  1.2 重型数控机床C 轴定位技术的研究现状  9-13
    1.2.1 C 轴的主要分类  9-10
    1.2.2 C 轴传动链消隙技术研究概述  10-11
    1.2.3 双电机主轴驱动技术现状分析  11-13
  1.3 有限元分析技术的发展状况  13-14
  1.4 目前研究的不足与本文的主要研究内容  14-16
    1.4.1 目前研究的不足之处  14
    1.4.2 本文的主要研究内容  14-16
第2章基于SIMULINK 的C 轴双电机驱动动力学仿真  16-30
  2.1 Simulink 仿真概述  16
  2.2 双电机同步驱动系统的理想动力学建模  16-21
    2.2.1 双电机驱动的理想动力学建模  16-20
    2.2.2 基于Simulink 的双电机理想控制模型的建立  20-21
  2.3 含齿隙双电机同步驱动系统的动力学建模  21-25
    2.3.1 含齿隙双电机同步驱动系统的动力学建模  21-24
    2.3.2 基于Simulink 的双电机含齿隙控制模型的建立  24-25
  2.4 基于Simulink 双电机控制模型仿真结果分析  25-29
    2.4.1 基于Simulink 的理想双电机控制仿真结果分析  25-27
    2.4.2 基于Simulink 的含齿隙双电机控制仿真结果分析  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章机床C 轴双电机驱动消隙技术研究  30-38
  3.1 概述  30-34
    3.1.1 齿隙影响数控设备的原理分析  31-32
    3.1.2 双伺服电机驱动消隙原理  32-33
    3.1.3 双伺服电机驱动C 轴消隙过程分析  33-34
  3.2 双伺服电机驱动C 轴分度消隙常用方法  34-36
    3.2.1 西门子840D 系统扭矩补偿控制技术  34-35
    3.2.2 偏置电流扭矩控制技术  35-36
  3.3 双电机消隙与其他消隙方法的比较  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章重型数控铣车床C 轴分度消隙装置有限元分析  38-49
  4.1 ANSYS Workbench 仿真分析  38-39
  4.2 重型数控铣车床C 轴箱末端传动部分三维建模  39-41
    4.2.1 C 轴箱末端传动轴三维建模  39-40
    4.2.2 C 轴箱末端传动齿轮三维建模  40-41
  4.3 重型数控铣车床C 轴箱末端传动部分模态分析  41-46
    4.3.1 C 轴箱末端传动轴模态分析  41-44
    4.3.2 C 轴箱末端传动部件模态分析  44-46
  4.4 重型数控铣车床C 轴箱末端传动部分静力分析  46-48
  4.5 本章小结  48-49
第5章基于PMAC 双伺服电机驱动C 轴实验验证  49-57
  5.1 PMAC 可编程多轴运动控制器概述  49-50
  5.2 模拟双电机驱动传动装置的设计  50-52
  5.3 双电机驱动实验方案  52-55
  5.4 基于PMAC 双电机驱动实验调试  55-56
  5.5 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-62
致谢  62

重型数控铣车床C轴精密定位技术研究

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