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振動對數(shù)控機床進給系統(tǒng)爬行的影響-結論與展望
閱讀：55 發(fā)布時間：2020-8-12結論與展望
數(shù)控機床在低速或重載的情況下容易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。爬行出現(xiàn)會影響機床的定位精 度和表面粗糙度等，嚴重時還可能造成機床停機，給機床造成過大的傷害。國內(nèi)外的學 者和專家針對爬行現(xiàn)象，提出了八種有關爬行的物理模型，并根據(jù)物理模型計算出數(shù)學 模型后推導出造成爬行的各種因素，終提出解決方案。
本文在前人的研宄基礎上，挑選出了簡易并且有代表性的物理模型，由物理模型 推導出數(shù)學模型后，根據(jù)數(shù)學模型確定了機床產(chǎn)生的爬行的臨界速度，并終導致爬行 產(chǎn)生的爬行因子。現(xiàn)將研宄工作總結如下：
(1) 在ADAMS中建立爬行運動仿真模型，模擬數(shù)控機床在機械傳動進給系統(tǒng)中產(chǎn) 生爬行時的運動狀態(tài)，根據(jù)爬行機理和確定的影響爬行的因子，嘗試使用改變單一變量 的方法來分析各個因素對爬行產(chǎn)生的影響。通過不斷調(diào)整驅(qū)動速度、系統(tǒng)的工作臺質(zhì)量、 靜動摩擦系數(shù)之差、系統(tǒng)的傳動剛度和系統(tǒng)的阻尼的參數(shù)，分析判斷出了減小工作臺質(zhì) 量、靜動摩擦系數(shù)之差和增大系統(tǒng)傳動剛度、系統(tǒng)阻尼和提高驅(qū)動速度能起到改善爬行 的作用。存在的不足是：由于數(shù)控機床本身的各種配置比、機床材料、尺寸和經(jīng)濟等方 面的原因，不可能一味的提高某一項爬行因子的參數(shù)，故此方法不能廣泛使用。
(2) 爬行是一種摩擦自激振動，由此想到利用外加振動來抵消在爬行過程中產(chǎn)生的 振動。分別給爬行的運動仿真模型加入垂直和水平方向的簡諧振動，通過不斷地調(diào)整參 數(shù)模擬仿真后發(fā)現(xiàn)：在垂直方向加入簡諧振動對爬行改善效果不明顯；在水平方向加入 簡諧振動能夠改善爬行；同時加入垂直簡諧振動和水平簡諧振動時，要使水平振動比垂 直振動大，這樣也能起到改善爬行的作用。這三種外加簡諧振動得情況中，單純外加水 平簡諧振動對改善爬行效果，但是并不能*抑制爬行，而且簡諧振動的參數(shù)確定 有一定的難度。
(3) 另外一種加入振動的方法是在導軌上建立虛擬振動源，通過調(diào)整虛擬振動源 的參數(shù)來抵消機床發(fā)生爬行時產(chǎn)生的振動。通過分析同頻率不同振幅和同振幅不同頻率 的情況：明確了當幅值為1、頻率為12時的配置參數(shù)比，將頻率12附近的參數(shù)細 化以后，發(fā)現(xiàn)了改善爬行的頻率范圍；當頻率為20、幅值在20左右時，對改善爬 行效果。事實上通過這種方法實現(xiàn)了調(diào)節(jié)振動源的幅值和頻率能改善爬行的設想， 并且達到了比較滿意的效果。
(4) 振動對改善爬行已經(jīng)取得了比較好的效果，但是還沒有*抑制住爬行。由 此想到利用PID控制，因為PID控制對模型的要求精確不高，而且簡單方便易控制。在 爬行運動仿真模型上，建立PID系統(tǒng)，整定PID參數(shù)。根據(jù)P控制、PI控制和PID控制 分別調(diào)整增益參數(shù)，來分析速度和加速度仿真圖。經(jīng)過大量仿真分析后，比例控制應用 于模型的模型是效果的，比例積分控制和比例積分微分控制都存在前期控制力度不 夠，后期出現(xiàn)過飽和的現(xiàn)象，加入積分和微分控制反倒使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。PID控制雖 然抑制了爬行，但是本身存在很多副作用（易出現(xiàn)震蕩和超調(diào)）。
(5) 在振動上加入PID控制中的比例控制很好的抑制住了爬行，參數(shù)調(diào)整合適后， 能將振動和PID完美的結合在一起，提高了單純加入振動時對爬行改善的程度，具有一 定的研宄價值和意義。
展望：本文一切理論成果都是在ADAMS中得出的結論，還未在實際數(shù)控機床上操 作過，后續(xù)還需要研究的內(nèi)容：在振動的基礎上加PID控制還能進一步優(yōu)化和細化，確 定出振動源參數(shù)和PID控制參數(shù)之間的規(guī)律；在實際機床上驗證加入振動源后對爬行的 實際改善效果。
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