CNC雕铣机传动系统建模与仿真

1 引 言
数控雕铣机进给传动系统的性能对其加工精度、工作效率、稳定性等都有重要影响。通常，大部分数控机床的传动控制采用低阶形式进行系统设计，此时，若传动系统的环路增益设置较高、忽略较小的时间常数和传动延时等因素时，会引起系统传动的不稳定。同时，采用低阶设计时，忽略传动系统的间隙和静、动摩擦等非线性因素，会影响驱动系统局部位置的刚度，进而影响控制回路的动态特性，这是造成产品加工误差的原因之一［1 － 2］。笔者通过建立包含间隙和静、动摩擦等非线性因素的传动系统动力学模 型，对传动精度和影响传动系统稳定性的因素进行分析，并提出提高传动系统性能的措施。
2 机械进给系统动力学模型
图 1 所示为某数控雕铣机进给系统 x 方向的传动简图。图 2 为进给系统各部件受力简图。其中 B1是电机、电机皮带轮和轴承的粘性摩擦集中系数。B2是滚珠丝杠、轴承、螺母和皮带轮的粘性摩擦集中系数。θ1 ，θ2 分别表示电机带轮和滚珠丝杠带轮的方位角，则 B1 θ1 和 B2 θ2 是摩擦力而产生的阻力。TA为驱动力矩; FA为工作台驱动力; TJ 为与电机有关的旋转部分( 电机、滚珠丝杠、皮带轮、轴承和螺母) 的等效扭矩; TC为电机扭矩。