[发明专利]一种高精密机床进给系统模型降阶结构及方法

说明书

技术领域

本发明属于高精密机床结构设计领域，尤其设计一种高精密机床进给系统模型降阶结构及方法。

背景技术

随着现代科技的快速发展，现代器械的规模越来越大，结构越来越复杂。机床工业是我国加工制造业的根本，高精密机床在现代工业的发展中更占有十分突出的位置，绝大多数的高精密机床都是高纬度高自由度的，这样就增加了机床的计算时间，减小了机床的计算效率。

动力减缩技术模型降阶主要包括两类：①整体降阶法，包括动力缩聚，模态法、Lanozos等法。②局部降阶法，包括动态子结构法或模态综合法。控制理论中的降阶方法主要有：平衡降阶法(Balanced Reduction)、代价分析法(Cost Analysis)、最优投影法(Optimal Projection)，但是这些方法对于降低维数过高的机床模型的阶数有一定的困难。

之前有对立式机床进给装置、静液压引导机构及装置等进行发明创新，但是没有人提出对高精密机床进给系统降阶的结构及方法。

发明内容

本发明针对现有技术的空缺，设计了一种使高精密机床进给系统模型降阶的结构及方法，得到的降阶模型不仅阶数低，而且所得状态空间方程具有可观性和可控性，这样就能保证控制器的设计与分析。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种高精密机床进给系统模型降阶结构及方法，包括底座，丝杠，伺服电机，从动平台，导轨和轴承套，还包括丝杠螺母和FD 3D阻尼器，丝杠的一端套在伺服电机上，另一端套在轴承套上，工作台通过FD 3D阻尼器与导轨连接，导轨固定在底座上，在高精密机床运转时，伺服电机带动丝杠转动，丝杠通过丝杠螺母带动从动平台沿着导轨移动。

进一步的，高精密机床进给系统的丝杠和从动平台通过丝杠螺母连接的。

进一步的，高精密机床进给系统中的丝杠为双滚珠丝杠。

进一步的，所述丝杠与伺服电机和轴承套还设有防滑和密封的隔套及密封垫。

一种高精密机床进给系统模型的降阶方法，采用应用动态子结构法，通过调节FD 3D阻尼器的阻尼系数和刚度系数来对高精密机床进给系统模型进行降阶；即对于复杂结构的动力学模型，首先对物理空间模型降阶，然后与物理模型和平衡降阶法联系起来，得到的降阶模型不仅阶数低，而且所得状态空间方程具有可观性和可控性，保证了控制器的设计与分析。

本发明的有益效果是：

1.本发明利用FD 3D阻尼器代替导轨和工作台之间的直线导轨副，可以通过调节FD 3D阻尼器的弹性系数和刚度系数来实现模型降阶。

2本发明使用双滚珠丝杠装置，可以使工作台更加平稳的运行，保证机床进给系统的工作精度和工作效率。

3.使用该装置，经降阶后降阶模型比全模型计算效率提高39％。

4.使用FD 3D阻尼器，降阶模型比全模型的精确度要高。

5.在滚珠丝杠与伺服电机和轴承套之间设有防滑和密封的隔套及密封垫，确保机床进给系统的精确程度。

附图说明

图1为本发明高精密机床进给系统结构图。

图2为FD 3D阻尼器结构图。

图3为高精密机床进给系统零部件间的连接关系。

图4为高精密机床进给系统模型降阶丝杠中心前后的脉冲响应。

图5为降阶前后仿真时间对比图。

图6为图1中A的局部放大图。

图中：1、工作台，2、从动平台，3、丝杠，4、伺服电机，5、底座，6、轴承套，7、导轨，8、FD 3D阻尼器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。

如图1-6所示，本发明专利采用以下技术方案：一种高精密机床进给系统模型降阶结构，包括工作台1，从动平台2，丝杠3，伺服电机4，底座5，轴承套6，导轨7，A为导轨和从动平台的连接，在这里安装FD 3D阻尼器8。

本发明的具体措施是用FD 3D阻尼器代替直线导轨副，通过调节FD 3D阻尼器的阻尼系数和刚度系数来实现对高精密机床进给系统模型的降阶。

所述的高精密机床进给系统降阶结构中，采用双滚珠丝杠装置，滚珠丝杠随即通过丝杠螺母驱动从动平台做前后运动，实现进给，将滚珠丝杠一端套在轴承，另一端套在伺服电机上，伺服电机的工作带动丝杠的运转，丝杠通过丝杠副带动工作台的前后移动，导轨固定在底座上，工作台通过FD 3D阻尼器与导轨连接，在工作台移动的过程中，工作台与阻尼器之间存在摩擦力。