数控外圆磨床厂家：考虑摩擦和间隙影响的平面磨床进给伺服系统建模与分析（四）

• 工作台爬行现象机理分析

   由于数控外圆磨床、精密平面磨床机械系统中摩擦和间隙的影响是重叠的，二者的作用很难区分开。如果在结构设计中只考虑摩擦而忽略间隙，将造成不良的后果，反之亦然。

1、摩擦因素

   数控外圆磨床、精密平面磨床系统由于非线性摩擦力的两个特点：低速进给下的stribeck摩擦以及静、动摩擦力存在差值，工作台可能发生爬行现象。利用数值仿真分析法分析进给伺服系统在摩擦非线性的影响下，stribeck速度、动静摩擦力比值和爬行现象之间的关系，仿真中位置输入为斜坡输入，输入速度为匀速。

（1）stribeck速度

    stribeck速度决定了摩擦存在负斜率的区间。首先分析进给速度与stribeck速度的关系对工作台输出的影响。在fs=25N，fc=14.7N，stribeck速度为0.002m/s的条件下，令系统进给速度分别为0.004m/s和0.001m/s。如图6-7所示，从图6-7可以看出，进给速度大于stribeck速度时，工作台的速度响应在开始发生过度震荡，但随着时间的增加最终都趋于稳态值。而当进给速度小于stribeck速度时，工作台的响应位移和速度均发生了明显得变化，速度响应出现了零点跳跃甚至负值的现象，工作台的位移则出现了爬行现象。这说明，由于低速下摩擦的负斜率特性，进给速度较低时会导致工作台的运动不稳定，尤其进给速度小于stribeck速度时，会发生爬行现象。

（2）静动摩擦力比值

数控外圆磨床、精密平面磨床的静动摩擦力之间存在差异，其差值的大小会对系统的动态行为产生重要的影响。上述分析已经表明系统进给速度低于stribeck速度会导致爬行现象。但是不一定会产生爬行，在此基础上，现分析进给速度低于stribeck速度时，静动摩擦力的比值对工作台输出的影响。令h=fs/fc，图8-9给出了进给速度为0.001m/s,静摩擦力fs为25N，h分别为1.4和1.7时工作台响应的变化。同时，为了进一步分析摩擦力数值大小的变化与爬行的关系，图10-11给出了静摩擦力为50N时的结果进行比较。

   从图8-9可以看出，静摩擦力为25N时，h=1.4，工作台的速度响应经过超调过度后趋于稳态，此时虽然进给速度低于stribeck速度，但并无爬行现象。而h=1.7时，静动摩擦力比值的变化对系统动力学行为产生了很大的影响，工作台位移在整个运行过程中速度呈周期性突变，位移发生了明显得爬行现象。而图10-11中静摩擦力为50N时，两张h值下工作台的输出与25N时是相似的。以上分析表明，进给速度低于stribeck速度并不是爬行发生的充分条件，爬行的发生还与静动摩擦力的差值有关，静动摩擦力差距越大，爬行行为越容易发生。而与静动摩擦力大小无关，但数值的改变会影响速度突变的周期和幅值。摩擦力增加时，速度突变周期变长，幅值增加。通过不断改变h仿真，发现当h＞1.6时，工作台就开始出现爬行。