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（五）

上篇我们讲了摩擦因素对数控外圆磨床、精密平面磨床进给伺服系统的影响，今天分析间隙因素的影响。

2、间隙因素

  以下讨论在不计摩擦影响时，讨论丝杠螺母副之间的间隙对工作台输出的影响。

  图12-13给出了间隙量B=2.5μm，输入速度分别为0.001m/s（小于stribeck速度）和0.01m/s（大于stribeck速度）的仿真结果，图14给出了间隙量为B=5μm,输入速度为0.01m/s的仿真结果。

  从图12-14可以看出，无摩擦情况下，由于间隙的作用，不管进给速度是否小于stribeck速度，工作台的速度响应经过过度阶段后，均在目标值附近呈周期性振荡，导致定位误差，但均不会引起工作台的爬行。相同进给速度下，间隙值增大，工作台的响应速度的振荡幅值也随之增加。

3、间隙和摩擦的共同因素

  间隙的单独作用不会产生明显爬行，以下研究和摩擦共同作用下的影响。图15-16给出了进给速度为0.001m/s，间隙为B=2.5μm的情况下，h分别为1.4和1.7时的工作台的输出。

  将图15与图8比较可以发现，在只考虑摩擦因素时，h=1.4不会引起工作台的爬行，而计入间隙的耦合作用时却明显发生了爬行现象。图16和图9在h=1.7时得到的结果相近，不过间隙存在时工作台的速度突变的幅值较无间隙情况下有所增加。这表明，间隙虽不是导致爬行的直接原因，却会令系统在较低的静动摩擦力比值下发生爬行。

4、消除进给伺服系统爬行的常见措施

  以上分析从理论上给出了导致数控外圆磨床、精密平面磨床进给系统出现爬行的几种因素。爬行会对进给伺服系统造成不利影响，但在低速微量进给时要完全消除爬行现象非常困难。常见的消除爬行的措施有：

摩擦方面：

①改善润滑条件，减小静动摩擦力差异和提高stribeck速度。如可采用气动导轨或静压导轨，不过势必增加成本。②采用抗摩擦材料，如聚氯乙烯或青铜混合材料等。③高频激振法（抖动法），但该方法可能引起零件磨损。④以及软件 进行摩擦补偿法等。

间隙方面：

①双螺母预载。②采用抗磨损材料。③注意清洁和维护，防止粉尘颗粒进入螺母副而加速磨损。④软件进行间隙补偿等。

此外，如果结构条件允许，还可以采用减小惯量和提高传动机构的刚度等措施来消除爬行。

5、结束语：针对闭环控制的数控外圆磨床、精密平面磨床进给伺服系统，建立了完善的控制系统模型，模型中充分考虑了摩擦和间隙的非线性因素的影响。通过数值仿真，着重分析了机床进给伺服系统产生爬行的机理，详细讨论了匀低速进给条件下摩擦和间隙对系统输出的影响规律。仿真结果表明，stribeck速度和静动摩擦力差异是导致爬行现象的直接原因，而间隙会降低爬行产生的条件，引起响应速度振荡，产生定位误差。理论分析与工程实际观测的现象基本一致，表明了建立的系统模型是比较合理、适用的。