High Speed and High Precision Feed Drive of NC Machine Tools by Dual Actuation

双驱动数控机床高速高精度进给驱动

• 批准号: 13650116
• 负责人: MATSUBARA Atsushi
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: KYOTO UNIVERSITY
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13650116/
• 关键词: Servo System; Vibration; Linear Motor; CNC Machine Tools; Vibration Control; Guide; Ball Screw Drive; 油圧ブレーキ; 非線形制御

High speed feed drives are being introduced to machining centers for aiming high speed and high productive machining. High lead ballscrew drives are generally used in practical applications, as they are cost-effective and robust to disturbances such as cutting forces. However, ballscrew drives suffer from vibration due to low damping of ball or roller guideways which are commonly used in high speed feed drives. This study deals with a dual actuation drive, which has sub actuators in the drive table as well as conventional ballscrew drive mechanism. Actual Actuators used in our study are a linear motor and a friction control guide (an intelligent guide) . Following facts are obtained by simulations and experiments.(1) Direct velocity feedback to the table actuator (active damper) and to motor (conventional velocity feedback) can't control vibration poles independently. On the contrary, relative velocity feedback of motor and table can control vibration pole independently.(2) Velocity feedback to the table actuator can control zero positions from motion control view.(3) Damping ratio of 2 mass vibration system is decided by inertia ratio and velocity feedback gain. Relative velocity feedback to dual actuators provides high damping in wide range of inertia ratio.(4) As relative velocity feedback to the table actuator doesn' t increase guide force, the power of main motion motor can be lowered.(5) If saturation of a sub actuator exists, nonlinear velocity feedback control may offer better damping performance to suppress vibration compared to linear feedback control. The conclusions (1)-(3) contribute to design performance of high seed and high precision feed drive and the conclusions (3)-(5) contribute to cost-effectiveness and compactness of the total system.

高速进给驱动器被引入加工中心，以实现高速和高生产率的加工。高导程滚珠丝杠驱动器通常在实际应用中使用，因为它们具有成本效益并且对切削力等干扰具有鲁棒性。然而，由于高速进给驱动中常用的滚珠或滚柱导轨的阻尼较低，滚珠丝杠驱动会遭受振动。本研究涉及双致动驱动器，其驱动台中具有子致动器以及传统的滚珠丝杠驱动机构。我们研究中使用的实际执行器是线性电机和摩擦控制导轨（智能导轨）。通过仿真和实验得出以下事实：(1)对工作台执行器(主动阻尼器)和电机(传统速度反馈)的直接速度反馈不能独立控制振动极。相反，电机和工作台的相对速度反馈可以独立控制振动极。(2)从运动控制的角度来看，工作台执行器的速度反馈可以控制零位。(3)2质量振动系统的阻尼比由惯量比决定和速度反馈增益。双执行器的相对速度反馈在宽惯量比范围内提供高阻尼。(4)由于工作台执行器的相对速度反馈不会增加导向力，因此可以降低主运动电机的功率。(5)如果饱和由于存在子执行器，与线性反馈控制相比，非线性速度反馈控制可以提供更好的阻尼性能来抑制振动。结论(1)-(3)有助于高种子和高精度进给驱动的设计性能，结论(3)-(5)有助于整个系统的成本效益和紧凑性。

项目成果

松原 厚, 茨木 創一, 垣野 義昭, 李康圭, 鈴木康彦: "NC工作機械送り系の輪郭運動精度向上を目指したサーボパラメータチューニング"2002年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 秋. 62 (2002)

Atsushi Matsubara、Soichi Ibaraki、Yoshiaki Kakino、Kang-gyu Lee、Yasuhiko Suzuki：“旨在提高数控机床进给系统轮廓运动精度的伺服参数调整”2002年日本精密工程学会秋季学术会议秋季学术会议论文集。 62（2002）

Atsushi MATSUBARA, Soichi IBARAKI, Yoshiaki KAKINO, Masaya ENDO, and Masashi UMEMOTO: "Vibration Control of Feed Drive in NC Machine Tools by Dual Actuation (1st Report)- Damping Control of 2 Mass System by Relative Velocity Feedback-"Journal of the Japan

Atsushi MATSUBARA、Soichi IBARAKI、Yoshiaki KAKINO、Masaya ENDO 和 Masashi UMEMOTO：“通过双驱动实现数控机床进给驱动的振动控制（第 1 次报告）- 通过相对速度反馈对 2 质量系统进行阻尼控制 -”Journal of the Japan

松原 厚, 茨木 創一, 垣野 義昭, 遠藤 雅也, 梅本 雅資: "NC工作機械送り系の振動制御(第1報) -速度制御則の比較-"2001年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 505 (2001)

Atsushi Matsubara、Soichi Ibaraki、Yoshiaki Kakino、Masaya Endo、Masuke Umemoto：《NC 机床进给系统的振动控制（第 1 次报告）- 速度控制规律的比较 -》2001 年日本精密工程学会秋季会议学术讲座论文集。 505（2001）

Atsushi MATSUBARA, Soichi IBARAKI, Yoshiaki KAKINO, Masaya ENDO, and Masashi UMEMOTO: "Vibration Control of NC Machine Tools (1st Report) -Comparison of Velocity Feedback Laws-"Proc. of the annual meeting of the Japan Society for Precision Engineering. Ma

Atsushi MATSUBARA、Soichi IBARAKI、Yoshiaki KAKINO、Masaya ENDO 和 Masashi UMEMOTO：“NC 机床的振动控制（第 1 次报告）-速度反馈定律的比较-”Proc。

松原 厚, 茨木 創一, 垣野 義昭, 遠藤 雅也, 梅本 雅資: "NC工作機械送り系の振動制御(第1報)-速度制御則の比較-"2001年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 秋. 505 (2001)

Atsushi Matsubara、Soichi Ibaraki、Yoshiaki Kakino、Masaya Endo、Masashi Umemoto：“NC 机床进给系统的振动控制（第 1 次报告）- 速度控制法则的比较 -” 2001 年日本精密工程学会秋季会议学术演讲集秋天。505（2001）