[发明专利]一种考虑加工过程的直驱进给系统推力预测方法及系统

说明书

本发明提供的一种考虑加工过程的直驱进给系统推力预测方法及系统，包括如下步骤：步骤1，获取直驱进给系统在加工过程中切削力三个方向上的频率特性；步骤2，计算直驱进给系统在步骤1中所得切削力的扰动作用下的机械振动响应；步骤3，根据步骤2中得到的机械振动响应，计算考虑机械振动响应的伺服驱动电流与电机气隙磁场；步骤4，根据得到考虑机械振动响应的伺服驱动电流与电机气隙磁场，计算得到考虑加工过程的直线电机推力；步骤5，根据得到的直线电机推力，对直驱进给系统的推力进行预测；本发明能够考虑零部件切削加工过程对直线电机的推力频谱特征进行全面的计算与分析，对于揭示直线电机实际工程应用中的推力波动问题的成因，以及进一步的结构优化和控制补偿具有重要意义。

技术领域

本发明属于电机驱动与控制技术领域，具体涉及一种考虑加工过程的直驱进给系统推力预测方法及系统。

背景技术

永磁同步直线电机驱动下的直驱进给系统取消了所有中间机械传动环节，能够实现进给运动的“零传动”，具有结构简单、刚度大、进给速度高以及运动性能好等优点，在机器人、轨道交通、高速机床等领域具有良好的应用前景。然而没有了传动环节的缓冲，受驱动电路和电机结构非线性产生的推力谐波，直接作用于机械系统，造成了显著的位移波动，影响进给系统的运动性能。为此国内外学者针对直线电机推力波动问题，开展了大量的研究工作，提出了多种的结构优化与控制补偿方法，这些方法对于改善直驱进给系统的推力波动和运动精度具有重要的意义。

但是目前在高速机床的应用中，直驱进给系统的性能优势并没有得到充分发挥，推力分析与计算的相关研究工作中，主要是针对永磁同步直线电机本身，而对于驱动系统的动态特性以及应用场景关注还不够。尤其在高速机床复杂零件加工过程中，加工过程对于直驱进给系统推力特性的影响规律还没有完全揭示，电机推力预测与实际存在较大的误差，导致在实际应用中，尽管采用了相应的电机结构与推力补偿策略，但在电机推力中仍然有大量的谐波成分，影响进给系统的运动性能和最终的零件加工精度，制约了直驱进给系统的应用普及。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑加工过程的直驱进给系统推力预测方法及系统，针对应用于高速机床中的直驱进给系统，解决现有技术中存在的关于直线电机推力特性表征不全面的问题，实现对加工过程中电机推力的精确预测，为进给系统的误差溯源以及进一步的结构优化与控制补偿提供理论依据。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种考虑加工过程的直驱进给系统推力预测方法，包括如下步骤：

步骤1，获取直驱进给系统在加工过程中切削力三个方向上的频率特性；

步骤2，计算直驱进给系统在步骤1中所得切削力的扰动作用下的机械振动响应；

步骤3，根据步骤2中得到的机械振动响应，计算考虑机械振动响应的伺服驱动电流与电机气隙磁场；

步骤4，根据得到的伺服驱动电流与电机气隙磁场，计算得到考虑加工过程的直线电机推力；

步骤5，根据得到的直线电机推力，对直驱进给系统的推力进行预测。

优选地，步骤1中，获取得到的直驱进给系统在加工过程中切削力三个方向上的频率特性的具体表达式是：

其中，F_cxj,ω_cxj,分别为沿x轴方向第j阶切削力分量的幅值、频率和相位；F_cyj,ω_cyj,分别为沿y轴方向第j阶切削力分量的幅值、频率和相位；F_czj,ω_czj,分别为沿z轴方向第j阶切削力分量的幅值、频率和相位。

优选地，步骤2中，通过下式计算直驱进给系统在步骤1中所得的切削力扰动作用下的机械振动响应：