數控外圓磨床廠家：考慮摩擦和間隙影響的平面磨床進給伺服系統建模與分析（五）

上篇我們講了摩擦因素對數控外圓磨床、精密平面磨床進給伺服系統的影響，今天分析間隙因素的影響。

2、間隙(xi)因素

  以(yi)下(xia)討(tao)論在不計(ji)摩擦影響(xiang)時，討(tao)論絲杠螺(luo)母副之(zhi)間(jian)的間(jian)隙對工(gong)作臺輸出的影響(xiang)。

  圖12-13給(gei)出了間隙量B=2.5μm，輸入(ru)速度(du)分(fen)別為(wei)(wei)0.001m/s（小(xiao)于(yu)stribeck速度(du)）和0.01m/s（大于(yu)stribeck速度(du)）的仿真(zhen)(zhen)結果(guo)，圖14給(gei)出了間隙量為(wei)(wei)B=5μm,輸入(ru)速度(du)為(wei)(wei)0.01m/s的仿真(zhen)(zhen)結果(guo)。

  從圖(tu)12-14可以(yi)看出，無摩擦情況下，由(you)于(yu)(yu)間隙的(de)(de)作(zuo)用，不(bu)管進給速(su)度(du)是否小于(yu)(yu)stribeck速(su)度(du)，工(gong)(gong)作(zuo)臺的(de)(de)速(su)度(du)響應(ying)經過(guo)過(guo)度(du)階(jie)段后，均(jun)在目(mu)標值附近呈周期性振蕩，導(dao)致定位誤差，但均(jun)不(bu)會引起工(gong)(gong)作(zuo)臺的(de)(de)爬行。相(xiang)同(tong)進給速(su)度(du)下，間隙值增(zeng)大(da)，工(gong)(gong)作(zuo)臺的(de)(de)響應(ying)速(su)度(du)的(de)(de)振蕩幅值也隨之增(zeng)加。

3、間隙(xi)和摩擦的共同因(yin)素

  間隙的單獨(du)作用不(bu)會產生(sheng)明(ming)顯爬行，以下(xia)(xia)研究和摩擦(ca)共同作用下(xia)(xia)的影響。圖(tu)15-16給出了進(jin)給速(su)度為0.001m/s，間隙為B=2.5μm的情況下(xia)(xia)，h分別為1.4和1.7時(shi)的工作臺的輸(shu)出。

  將圖(tu)15與圖(tu)8比較可以發現(xian)，在(zai)(zai)只(zhi)考(kao)慮摩(mo)擦因(yin)素時(shi)(shi)，h=1.4不會引起工作臺的爬行(xing)，而計入(ru)間(jian)隙(xi)的耦合作用時(shi)(shi)卻(que)明(ming)顯(xian)發(fa)(fa)生(sheng)了爬行(xing)現象。圖16和圖9在(zai)(zai)h=1.7時(shi)(shi)得到的結果(guo)相(xiang)近(jin)，不過間(jian)隙(xi)存在(zai)(zai)時(shi)(shi)工作臺的速度突(tu)變的幅值較(jiao)無間(jian)隙(xi)情況下(xia)有所增加。這表(biao)明(ming)，間(jian)隙(xi)雖不是導(dao)致爬行(xing)的直接原因(yin)，卻(que)會令系統(tong)在(zai)(zai)較(jiao)低的靜動摩(mo)擦力比值下(xia)發(fa)(fa)生(sheng)爬行(xing)。

4、消除進給伺服(fu)系(xi)統爬行的常見措施

  以(yi)上分析從(cong)理論(lun)上給出了導致(zhi)數控外圓磨床(chuang)、精密平面(mian)磨床(chuang)進給系統出現爬(pa)行(xing)的(de)幾種(zhong)因素。爬(pa)行(xing)會(hui)對進給伺(si)服(fu)系統造(zao)成(cheng)不利(li)影響(xiang)，但在低速微量(liang)進給時要完全消除爬(pa)行(xing)現象(xiang)非(fei)常困難(nan)。常見(jian)的(de)消除爬(pa)行(xing)的(de)措施有：

摩擦方面：

①改善潤滑(hua)條件(jian)，減小靜(jing)(jing)動摩擦力差異和提高stribeck速度(du)。如可(ke)采用(yong)氣動導軌或靜(jing)(jing)壓導軌，不過勢必增加(jia)成本。②采用(yong)抗摩擦材(cai)料，如聚氯乙烯或青銅混(hun)合(he)材(cai)料等。③高頻激振法（抖動法），但該方法可(ke)能引起零件(jian)磨損。④以及軟(ruan)件(jian) 進行(xing)摩擦補償法等。

間隙方面：

①雙螺母預載。②采用抗磨損材料(liao)。③注意清潔和維護，防止粉塵顆粒進入螺母副而(er)加速磨損。④軟件進行間(jian)隙補(bu)償等。

此外，如果結(jie)構(gou)條件允許，還可(ke)以采用減小慣量(liang)和提高傳(chuan)動機構(gou)的剛度等措施來消除(chu)爬行(xing)。

5、結束語：針對閉環控制的數控外圓磨床、精密平面磨床進給伺服系統，建立了完善的控制系統模型，模型中充分考慮了摩擦和間隙的非線性因素的影響。通過數值仿真，著重分析了機床進給伺服系統產生爬行的機理，詳細討論了勻低速進給條件下摩擦和間隙對系統輸出的影響規律。仿真結果表明，stribeck速度和靜動摩擦力差異是導致爬行現象的直接原因，而間隙會降低爬行產生的條件，引起響應速度振蕩，產生定位誤差。理論分析與工程實際觀測的現象基本一致，表明了建立的系統模型是比較合理、適用的。