长传动链摆头主轴高加速度启停控制策略研究

摆头主轴是高附加值关键功能部件,在航空结构件加工机床中大量采用。摆头主轴的传动链长,对伺服控制系统施加的高加速启停指令响应能力低,造成启停时间长,影响加工效率。在辨识某摆头主轴机械传动环节模态的基础上,建立了机械动力学模型和伺服控制模型,分析发现机械传动环节低频和高频模态限制伺服控制带宽的提高,进而限制了启停加速度的提高。针对低频和高频模态的限制,提出模态滤波器与双T网络陷波滤波器综合控制策略,将伺服控制带宽由12 Hz提高到110 Hz,启动加速度由10 r/s²提高到40 r/s²,启动加速时间由7.05 s下降至1.76 s。     

基于机电耦合的进给系统动态特性仿真与性能优化

机床进给系统存在复杂的机电耦合作用,机械结构和伺服系统共同影响进给系统的动态性能。在进行机床进给系统动态性能分析时,集中参数模型和有限元模型均无法同时兼顾计算效率和计算精度的要求,模态缩减法的提出,可极大地缩短计算时间,同时保证了分析计算的精度。基于模态缩减法建立机床进给系统机电耦合模型,以某进给系统试验台为研究对象,进行仿真与试验对比,验证了所建立的机电耦合仿真模型的有效性;基于该进给系统机电耦合模型,综合利用试验设计、响应面拟合及多目标优化算法,以轴承预紧力和伺服控制参数为变量,优化了某动立柱式精密卧式加工中心进给系统的动特性。结果表明,X,Y,Z轴定位精度、响应效率略有提高,X,Y,Z轴轴向振幅分别下降70.08%,63.76%,79.32%,动态特性提高显著。