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、間隙因素

  以下討(tao)(tao)論在不計摩擦(ca)影響時，討(tao)(tao)論絲杠螺(luo)母(mu)副之間的間隙對(dui)工作(zuo)臺輸出的影響。

  圖12-13給(gei)出(chu)(chu)了間隙量(liang)B=2.5μm，輸入(ru)速度分別為(wei)0.001m/s（小于stribeck速度）和0.01m/s（大于stribeck速度）的仿(fang)真結果，圖14給(gei)出(chu)(chu)了間隙量(liang)為(wei)B=5μm,輸入(ru)速度為(wei)0.01m/s的仿(fang)真結果。

  從圖12-14可以看(kan)出，無摩(mo)擦情況下，由于間隙(xi)的作(zuo)用(yong)，不管進給(gei)速(su)(su)度(du)(du)是否小于stribeck速(su)(su)度(du)(du)，工作(zuo)臺(tai)的速(su)(su)度(du)(du)響(xiang)應(ying)經過過度(du)(du)階(jie)段后，均在目標值(zhi)(zhi)附近呈周期性振蕩(dang)，導(dao)致定位誤差，但均不會引起工作(zuo)臺(tai)的爬行。相(xiang)同進給(gei)速(su)(su)度(du)(du)下，間隙(xi)值(zhi)(zhi)增大(da)，工作(zuo)臺(tai)的響(xiang)應(ying)速(su)(su)度(du)(du)的振蕩(dang)幅值(zhi)(zhi)也隨之增加。

3、間隙(xi)和摩擦的共同因素

  間隙的單獨作(zuo)用(yong)不會產生明顯爬行，以下研究(jiu)和摩(mo)擦(ca)共同作(zuo)用(yong)下的影響。圖(tu)15-16給出了進給速度為(wei)0.001m/s，間隙為(wei)B=2.5μm的情況下，h分(fen)別為(wei)1.4和1.7時的工作(zuo)臺(tai)的輸(shu)出。

  將圖(tu)15與圖8比較可以發(fa)現，在(zai)只考慮(lv)摩(mo)擦因(yin)素時，h=1.4不會(hui)引起(qi)工作臺(tai)的(de)爬(pa)(pa)行(xing)，而計入間(jian)隙(xi)的(de)耦合作用(yong)時卻明(ming)顯發(fa)生了爬(pa)(pa)行(xing)現(xian)象。圖(tu)16和(he)圖(tu)9在(zai)h=1.7時得到的(de)結果(guo)相近(jin)，不過間(jian)隙(xi)存(cun)在(zai)時工作臺(tai)的(de)速度突變的(de)幅值較(jiao)無間(jian)隙(xi)情況下(xia)有所增加。這表明(ming)，間(jian)隙(xi)雖(sui)不是導致(zhi)爬(pa)(pa)行(xing)的(de)直接原因(yin)，卻會(hui)令系(xi)統在(zai)較(jiao)低的(de)靜動摩(mo)擦力比值下(xia)發(fa)生爬(pa)(pa)行(xing)。

4、消除進給伺(si)服系統爬(pa)行的常見措施

  以上(shang)分析從理論上(shang)給出(chu)了(le)導(dao)致(zhi)數(shu)控(kong)外圓磨床、精密平(ping)面(mian)磨床進(jin)給系(xi)(xi)統出(chu)現(xian)爬行(xing)(xing)的(de)幾(ji)種因素。爬行(xing)(xing)會對(dui)進(jin)給伺服系(xi)(xi)統造(zao)成不(bu)利影(ying)響(xiang)，但在(zai)低速微量進(jin)給時(shi)要完全(quan)消(xiao)除(chu)爬行(xing)(xing)現(xian)象非常困(kun)難。常見的(de)消(xiao)除(chu)爬行(xing)(xing)的(de)措施有：

摩擦方面：

①改善潤滑條(tiao)件(jian)(jian)，減小靜(jing)動摩(mo)(mo)(mo)擦力差異和提高(gao)(gao)stribeck速度。如可(ke)(ke)采用(yong)氣動導軌(gui)或靜(jing)壓導軌(gui)，不過(guo)勢必增加成(cheng)本。②采用(yong)抗(kang)摩(mo)(mo)(mo)擦材料(liao)，如聚氯乙烯或青銅混合(he)材料(liao)等(deng)。③高(gao)(gao)頻(pin)激振法(fa)（抖動法(fa)），但該方法(fa)可(ke)(ke)能引(yin)起(qi)零(ling)件(jian)(jian)磨損(sun)。④以及軟件(jian)(jian) 進行(xing)摩(mo)(mo)(mo)擦補償法(fa)等(deng)。

間(jian)隙方面：

①雙螺(luo)(luo)母(mu)預載。②采用抗磨(mo)損材(cai)料(liao)。③注意清潔和(he)維護，防(fang)止(zhi)粉塵(chen)顆粒進入螺(luo)(luo)母(mu)副而加速磨(mo)損。④軟件進行間隙補償等。

此外，如果結構(gou)條件(jian)允許，還可以采用減小慣量和提(ti)高(gao)傳動機(ji)構(gou)的剛(gang)度等措(cuo)施來消(xiao)除爬行。

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。