[發(fā)明專利]一種基于機電耦合作用的高速進給系統(tǒng)速度避振規(guī)劃方法

有效

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• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109581967B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設計）人: 楊曉君;趙萬華;劉輝;張俊;呂盾;權(quán)力
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B19/4062
• 分類號: G05B19/4062
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明提供的一種基于機電耦合作用的高速進給系統(tǒng)速度避振規(guī)劃方法，包括以下步驟：步驟1，計算伺服驅(qū)動輸出的諧波特性，確定伺服驅(qū)動輸出得到演變頻率區(qū)間；步驟2，確定驅(qū)動機械系統(tǒng)的主要振動模態(tài)分布與振型；步驟3，建立不同進給速度下伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機械系統(tǒng)之間的機電耦合作用關(guān)系；步驟4，提取高速進給系統(tǒng)共振速度敏感參數(shù)點集；步驟5，將步驟4中得到的進給系統(tǒng)共振速度敏感參數(shù)點從運動速度指令中進行剔除，得到機電耦合作用關(guān)系的高速進給系統(tǒng)進給速度，完成速度避振規(guī)劃；本發(fā)明能夠有效的避免由于伺服驅(qū)動諧波激起機械共振而導致的精度惡化的問題，對于保證零件的加工精度和表面質(zhì)量，實現(xiàn)復雜零件的智能制造具有重要的價值和意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高速高精數(shù)控機床智能制造領(lǐng)域，具體涉及一種考慮機電耦合作用的高速進給系統(tǒng)速度避振規(guī)劃方法，適用于高速高精數(shù)控機床等場合。

背景技術(shù)

進給速度是數(shù)控機床切削加工中的重要參數(shù)，其大小對于零件加工精度和加工效率具有重要的影響。目前進給速度主要根據(jù)零件的加工精度以及表面粗糙度要求和刀具、工件的材料性質(zhì)進行選取。在加工不同的零件時，會根據(jù)不同加工特點進行調(diào)整。最大進給速度受機床剛度以及進給系統(tǒng)的整體性能限制。

然而，在數(shù)控機床實際加工過程中，受驅(qū)動電路和電機結(jié)構(gòu)非線性的影響，伺服驅(qū)動輸出并非理想的恒定輸出，而是夾雜了眾多的諧波干擾成分，而且這些電機輸出干擾的頻率會隨著進給速度的不同而發(fā)生演變。數(shù)控機床的機械系統(tǒng)受各個動靜結(jié)合部的影響，具有多階振動模態(tài)，而且在不同的運動位置，機械各階模態(tài)也會發(fā)生變化。在運動過程中伺服驅(qū)動和機械系統(tǒng)之間存在著緊密的耦合作用關(guān)系。尤其面向復雜零件的智能制造過程，運動參數(shù)和機械位置在不斷的發(fā)生變化，在某一速度下，伺服驅(qū)動輸出的某一階諧波成分頻率接近機械系統(tǒng)某一階固有頻率，引起機械共振，會嚴重惡化系統(tǒng)的運動精度，影響零件最終的加工精度。目前的進給速度選擇方法沒有考慮伺服驅(qū)動輸出的諧波特性和機械系統(tǒng)的振動特性，雖然在一定條件下能夠滿足使用需求，但是會出現(xiàn)在某些進給速度下，系統(tǒng)運動精度和零件加工精度急劇惡化的現(xiàn)象。尤其對于智能制造所需要的高速高精數(shù)控機床，伺服輸出諧波頻寬范圍大，機械系統(tǒng)振動模態(tài)眾多，如果在速度規(guī)劃過程中不考慮伺服驅(qū)動和機械系統(tǒng)之間的機電耦合作用，很難滿足實際的工程需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于機電耦合作用的高速進給系統(tǒng)速度避振規(guī)劃方法，解決了現(xiàn)有的進給速度選擇方法沒有考慮伺服驅(qū)動輸出的諧波特性和機械系統(tǒng)的振動特性，存在系統(tǒng)運動精度和零件加工精度急劇惡化的現(xiàn)象。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供的一種基于機電耦合作用的高速進給系統(tǒng)速度避振規(guī)劃方法，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)進給系統(tǒng)的驅(qū)動方式和特點、驅(qū)動電路和電機結(jié)構(gòu)非線性，計算伺服驅(qū)動輸出的諧波特性，接著建立伺服驅(qū)動輸出各項諧波成分與進給速度之間的演變關(guān)系，得到伺服驅(qū)動輸出的演變頻率區(qū)間；

步驟2，根據(jù)步驟1得到的伺服驅(qū)動輸出的演變頻率區(qū)間，得到驅(qū)動機械系統(tǒng)的主要振動模態(tài)分布與振型；

步驟3，根據(jù)步驟1得到的伺服驅(qū)動諧波特性和步驟2得到的機械振動模態(tài)分布，建立不同進給速度下伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機械系統(tǒng)之間的機電耦合作用關(guān)系；

步驟4，根據(jù)步驟3的耦合作用關(guān)系，得到不同速度下伺服驅(qū)動諧波與機械振動模態(tài)之間的相關(guān)性圖，從中提取高速進給系統(tǒng)共振速度敏感參數(shù)點集；

步驟5，將步驟4中得到的進給系統(tǒng)共振速度敏感參數(shù)點從運動速度指令中進行剔除，得到機電耦合作用關(guān)系的高速進給系統(tǒng)進給速度，完成速度避振規(guī)劃。

優(yōu)選地，步驟1中，伺服驅(qū)動輸出的諧波特性的表達式：