數(shù)控外圓磨床廠家：考慮摩擦和間隙影響的平面磨床進(jìn)給伺服系統(tǒng)建模與分析（四）

• 工作臺(tái)爬行現(xiàn)象機(jī)理分析

   由于數(shù)控外圓磨床、精密平面磨床機(jī)械系統(tǒng)中摩擦和間隙的影響是重疊的，二者的作用很難區(qū)分開(kāi)。如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中只考慮摩擦而忽略間隙，將造成不良的后果，反之亦然。

1、摩擦因素

   數(shù)控外圓磨床、精密平面磨床系統(tǒng)由于非線性摩擦力的兩個(gè)特點(diǎn)：低速進(jìn)給下的stribeck摩擦以及靜、動(dòng)摩擦力存在差值，工作臺(tái)可能發(fā)生爬行現(xiàn)象。利用數(shù)值仿真分析法分析進(jìn)給伺服系統(tǒng)在摩擦非線性的影響下，stribeck速度、動(dòng)靜摩擦力比值和爬行現(xiàn)象之間的關(guān)系，仿真中位置輸入為斜坡輸入，輸入速度為勻速。

（1）stribeck速度

    stribeck速度決定了摩擦存在負(fù)斜率的區(qū)間。首先分析進(jìn)給速度與stribeck速度的關(guān)系對(duì)工作臺(tái)輸出的影響。在fs=25N，fc=14.7N，stribeck速度為0.002m/s的條件下，令系統(tǒng)進(jìn)給速度分別為0.004m/s和0.001m/s。如圖6-7所示，從圖6-7可以看出，進(jìn)給速度大于stribeck速度時(shí)，工作臺(tái)的速度響應(yīng)在開(kāi)始發(fā)生過(guò)度震蕩，但隨著時(shí)間的增加最終都趨于穩(wěn)態(tài)值。而當(dāng)進(jìn)給速度小于stribeck速度時(shí)，工作臺(tái)的響應(yīng)位移和速度均發(fā)生了明顯得變化，速度響應(yīng)出現(xiàn)了零點(diǎn)跳躍甚至負(fù)值的現(xiàn)象，工作臺(tái)的位移則出現(xiàn)了爬行現(xiàn)象。這說(shuō)明，由于低速下摩擦的負(fù)斜率特性，進(jìn)給速度較低時(shí)會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，尤其進(jìn)給速度小于stribeck速度時(shí)，會(huì)發(fā)生爬行現(xiàn)象。

（2）靜動(dòng)摩擦力比值

數(shù)控外圓磨床、精密平面磨床的靜動(dòng)摩擦力之間存在差異，其差值的大小會(huì)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為產(chǎn)生重要的影響。上述分析已經(jīng)表明系統(tǒng)進(jìn)給速度低于stribeck速度會(huì)導(dǎo)致爬行現(xiàn)象。但是不一定會(huì)產(chǎn)生爬行，在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)分析進(jìn)給速度低于stribeck速度時(shí)，靜動(dòng)摩擦力的比值對(duì)工作臺(tái)輸出的影響。令h=fs/fc，圖8-9給出了進(jìn)給速度為0.001m/s,靜摩擦力fs為25N，h分別為1.4和1.7時(shí)工作臺(tái)響應(yīng)的變化。同時(shí)，為了進(jìn)一步分析摩擦力數(shù)值大小的變化與爬行的關(guān)系，圖10-11給出了靜摩擦力為50N時(shí)的結(jié)果進(jìn)行比較。

   從圖8-9可以看出，靜摩擦力為25N時(shí)，h=1.4，工作臺(tái)的速度響應(yīng)經(jīng)過(guò)超調(diào)過(guò)度后趨于穩(wěn)態(tài)，此時(shí)雖然進(jìn)給速度低于stribeck速度，但并無(wú)爬行現(xiàn)象。而h=1.7時(shí)，靜動(dòng)摩擦力比值的變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為產(chǎn)生了很大的影響，工作臺(tái)位移在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中速度呈周期性突變，位移發(fā)生了明顯得爬行現(xiàn)象。而圖10-11中靜摩擦力為50N時(shí)，兩張h值下工作臺(tái)的輸出與25N時(shí)是相似的。以上分析表明，進(jìn)給速度低于stribeck速度并不是爬行發(fā)生的充分條件，爬行的發(fā)生還與靜動(dòng)摩擦力的差值有關(guān)，靜動(dòng)摩擦力差距越大，爬行行為越容易發(fā)生。而與靜動(dòng)摩擦力大小無(wú)關(guān)，但數(shù)值的改變會(huì)影響速度突變的周期和幅值。摩擦力增加時(shí)，速度突變周期變長(zhǎng)，幅值增加。通過(guò)不斷改變h仿真，發(fā)現(xiàn)當(dāng)h＞1.6時(shí)，工作臺(tái)就開(kāi)始出現(xiàn)爬行。