数控机床进给系统传动刚度变化对运动精度稳定性影响规律.pdf

学兔兔 第 50卷第 23期 机 械 工 程 学 报 V_0l_50 N o．23 2014年 12 月 JOURNAL0FMECHANICALENGINEERING Dec． 20l4 DoI：10．3901／JME．2014．23．128 数控机床进给系统传动刚度变化对运动精度稳定 性的影响规律术 刘 辉 ，2 黄 莹 ，2 张会杰 1,2 赵万华 ，2 (1．西安交通大学机械工程学院 西安 710049； 2．西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 西安 710049) 摘要：数控机床在整个加工空间中的不同位姿下，其运动精度的变化对机床的工作精度与效率的提高有着重要影响。定义运 动精度稳定性，并提出利用闭环传递函数的灵敏度研究数控机床运动精度稳定性的方法。建立双惯量进给系统模型，针对解 析求解的复杂性，使用渐近线近似法求取闭环传递函数关于传动刚度的灵敏度函数，揭示半闭环全／闭环下灵敏度函数的显 著不同；在此基础上，根据典型运动误差相关指令的频谱分布特点，分析传动刚度变化对稳态跟随误差、准停过程振动超调 量、圆运动半径误差的影响规律。发现其中指令频宽与控制带宽的比值为主导因素，即仅当指令频宽接近控制带宽时才有显 著影响，其他重要的影响因素为控制结构(半闭环 ／全闭环)和控制带宽与机械共振频率的比值；以系列仿真验证了上述影响 规律。 ． 关键词：数控机床；进给系统；传动刚度变化；运动精度稳定性 中图分类号：TH39 EffectsofTransmissionStiffnessVariationsontheDynamicAccuracy ConsistencyofCNCFeedDriveSystems LIUHui， HUANGYing ， ZHANGHuijie， ZHAOWanhua’。 (1．SchoolofMechanicalEngineering，Xi’allJiaotongUniversity,Xi’all710049； 2．StateKeyLaboratoryforManufacturingSystemsEngineering，Xi’anJiaotongUniversiyt,Xi’an710049) Abstract：ThefluctuationofCNC machine’Sdynamicaccuracy,duetodifferentconfigurationsinwholeworkspace。havegreat effectsontheimprovementsofworkingaccuracyandeffectiveness．Theconceptofdynamicaccuracyconsistencyisdefined，anda mehtodusingsensitivityofcloselooptrnasferfunctiontostudyitispresented．A two—massmechanicalmodelisconstructednadan asymptoteapproximationapproachispresentedtoavoidanalyticaldifficulties．Theobtainedsensitivityfunctionsshow significant differencesofsemicloseloopandcloseloopcontro1．Onhtisbasis，spectrum featureso