基于MATLAB的机床横向进给伺服系统优化设计.pdf

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1、·电气与自动化·刘国平，等·基于MATLAB的机床横向进给伺服系统优化设计基于MATLAB的机床横向进给伺服系统优化设计刘国平．林正英《福州大学机械工程及自动化学院，福建福州350108)摘要：为了提高车床的加工精度，得到车床进给传动系统的最优结构参数。提高传动系统的设计品质。对车床进给伺服系统进行了研究。基于车床横向进给伺服系统设计的一般要求．结合优化设计的思想，提出了以工作台加速度最大、传动系统转动惯量最小为目标函数，建立了数学模型。结合实例说明优化设计的过程，并利用MATLAB软件优化工具箱

2、进行了寻优计算。与传统方法比较，优化结果有效地提高了工作台加速度，减少了系统的转动惯量，对机床横向进给伺服系统的设计具有一定的参考价值。关键词：优化设计；横向进给伺服系统；优化设计中图分类号：TG502．31；TP391．9文献标志码：B文章编号：1671—5276(2015)01—0168．03OptimizationDesignofCrossFeedServoSystemofMachineToolBasedonMATLABLIUGuo—ping，LINZheng—yin(Schoolofmec

3、hanicalengineering，FuzhouUniversity，Fuzhou350108，China)Abstract：Inordertoimprovetheprocessingprecisionoflathe，obtainitsoptimalstructuralparametersandimprovethedesignquali·tyOfitsfeedsystem，thiSpaperstudiesitsCROSSfeedservosystem，Accordingtothebasicreq

4、uirementsofitsdesign，takingthemaximalaccelerationandminimummomentoftableinertiaasthegoalfunction．amathematicalmodelisestablishedwiththeideaofoptimizationdesign．ItssampleisgiventothedemonstrationoftheoptimaldesignprocessandaMATLABprogramisusedtocompute

5、theoptimizationresult．Comparedwithtraditionalmethod，itisusefultoimprovetheaccelerationofthetableandreducethemo-mentofitsinertia；itisofcertainreferencevaluetoitsdesign．Keywords：optimizationdesign；crossfeedservosystem；optimaldesignO引言应用数控技术改造传统设备．可以用较少的

6、投入、较短的周期，改善机床的使用性能和功能，提高其自动化水平和生产力．对提升机械制造生产环境有着积极的意义。本文着重介绍车床数控化改造中进给伺服系统的设计，以传统的设2计方法为基础，结合MA1TI．AB软件对普通车床的进给伺服系统进行优化设计。选择工作台加速度最大为设计目标，建立l一电动机；2一小齿轮；3一大齿轮；4一丝杆；5一lT作台数学模型．通过]V~II_AB优化工具箱进行优化。图1进给伺服系统简图1建立数学模型作台及刀架的质量肘，行程厶为给定量，而且丝杆工作长度即lT作台行程(L=L)。则

7、未知参数包括i、M⋯、J、图1为进给伺服系统的传动简图。系统主要包括四b、Z，、Z2、J，、J2、m、d、Js、Ll、P。而其中i=z2／Z1，因此这j三部分：步进电机、齿轮副、滚珠丝杠副、工作台。个参数只要两个取为设计变量，现取定i和z．。为不活跃参数．考虑结构布局可以预先取。另外由公式J，=1．1设计变量0．78m6×10(kg·cm)、J2=0．?SmbX10该系统基本参数有速比i：步进电机轴输出的最大扭(kg·cm)；即、．，可由模数、齿数、齿宽表示，J=0．78矩⋯及其转动惯量JM；齿轮

8、的齿宽b、小齿轮齿数Z。及(d一0．7127P)L×10(kg·cm)可由丝杆长度￡．及直径转动惯量‘，、大齿轮齿数z及转动惯量、模数m；滚珠d表示。所以．，、、均不取为设计变量。综合上述可确丝杠副的丝杠直径d、长度、工作长度三、转动惯量、定设计变量为：i、b、Z，、m、d、P、M⋯、J，则得设计变量为：螺距P；T作台及刀架的质量、工作台行程。其中工作者简介：刘国平(1987一)，男，福建南平人，硕士研究生，研究方向为切削加lT。·l68·http：∥ZZHD．chinajouma