基于虚拟样机的数控铣床伺服控制系统

　　在现代制造技术系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测及自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对实现制造业的柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻的作用。我国自“七五”计划以来，数控技术方面的研究工作得到政府、企业和专家学者的高度重视，获得了较大的发展，但与世界先进水平相比仍有很大差距。随着机床向高精度、高表面质量和高生产率方向发展，对数控伺服控制系统的调试一直困扰着工程技术人员，很多场合只能采用简化模型加经验调整的方法进行参数调节，使得参数调整繁琐且大部分数控机床的伺服系统并没有工作在最优的状态下。本文利用虚拟样机技术，在Pro／E中建立了完整的数控铣床模型，并在ADAMS中实现了数控铣床的运动仿真，在此基础上，基于ADAMS和MATLAB平台对数控铣床的工作台建立了3种控制方案：基于ADAMS／View的伺服控制系统仿真、基于M删B的伺服控制系统仿真以及基于ADAMS和MATLAB的伺服控制系统联合仿真。通过对3种方法的比较分析可以看出，ADAMS和MATLAB联合仿真为获得数控伺服控制系统的参数提供了1种全新的方法。

1 数控铣床虚拟样机的建模与运动仿真

　　虚拟样机技术VP(Virtual Prototyping)又称系统动态仿真技术，它以机械系统运动学、动力学和控制学理论为核心，借助于成熟的三维计算图形技术、图形的用户界面技术、信息技术、集成技术等，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起。

　　数控铣床机构复杂，根据其各个主要部件的实现功能不同，可以将其分为基础件、传动件以及配套件等。基础件主要包括底座、立柱、工作台、导轨等。传动件主要包括X、Y、X 3方向的丝杆进给系统和配重机构。配套件主要包括导轨保护罩、排屑装置、照明灯、冷却装置等辅助设备。数控铣床与普通铣床不同，它的主运动和各个坐标轴的进给运动都是由单独的伺服电动机驱动，所以它的传动链短，结构比较简鼠为了

　　保证数控铣床的的快速响应特性和加工精度，在数控铣床上普遍采用精密滚珠丝杠副和直线滚动导轨副。本文中的数控铣床是具有三轴联动功能的立式铣床，因此要求它的运动部件能沿着X、Y、Z 3方向进行运动。其Pro／E模型的具体结构如见图1所示。利用ADAMS／View提供的数据接口，把Pm／E中的装配体模型导入ADAMS中重新编辑，添加运动副和驱动，就可以进行运动仿真，图2是时间在1.6s时的数控铣床运动仿真图。

图1数控铣床的Pro／E装配模型
 

图2数控铣床在ADAMS中的运动