伯特利数控 加工中心 钻攻中心
前言：
在长行程、高精度、超重型龙门数控加工中心的各种结构形式中，双电动机驱动方式得到了越来越多的应用。这种结构的优点在于可以使加工中心获得较高的结构刚性和较好的动态性能。但是由于龙门加工中心滑枕和刀架的移动会使龙门机构形成非对称结构和非对称负载，会导致两轴动态特性有差异，从而使双驱动系统产生同步误差，影响加工精度，严重时甚至会使两轴互相拉扯，破坏加工中心。如果能够从刚度、阻尼以及质量等影响机械系统动态特性的基本因素出发，建立精确的双轴同步系统模型，找到影响同步精度的主要因素，对于双轴同步驱动控制系统的设计以及双轴同步误差补偿算法的研究，都具有非常重要的意义。
龙门式双驱动结构同步控制的研究越来越受到国内外学者们的重视。ivdn等[1]针对双驱龙门式工业机器人，提出了基于模型解耦的同步与反馈控制实现了模型的解耦控制；程瑶等[2]从质量、阻尼和刚度等基本因素出发，分析了动梁式龙门加工中心同步系统的不同步误差的影响因素，得到了这些因素对同步性能的影响规律；何*[31以双滚珠丝杠同步驱动为研究对象，利用有限元结合集中参数的方法，由拉格朗日方程推导出双滚珠丝杠同步驱动轴的动力学模型，为同步控制提供了参考模型；lin等[4]针对龙门式双驱定位平台，提出了基于三自由度动态模型的非奇异终端滑模智能控制方法，该方法综合使用模糊逻辑理论和递归神经网络方法以及非奇异滑模变结构控制，解决了双驱系统非线性和参数不确定性的控制问题；陆世荣等[5]提出了双伺服电机同步运行的控制策略，该控制方法基于线性二次型调节器的性能指标设计了控制器，并采用转矩扰动观测器进行前馈补偿以克服突加负载对系统的影响，实现了系统良好的同步性能和抗干扰性。以上学者都只注重双驱动同步控制算法的研究，对双驱动系统模型尤其是双轴耦合模型没有作详细分析，没有考虑负载的移动以及强干扰力对同步精度的影响。
本文以zk5540a龙门数控铣床为例，根据动梁式龙门数控加工中心的结构特点及运动特性，将龙门加工中心双驱动系统的龙门机构的运动分为平移和旋转两部分，然后根据拉格朗日方程，建立双轴机械耦合模型。按照设定点协调控制方法[6]建立双驱动系统模型。为降低干扰对双驱动系统同步性能的影响，设计干扰观测器，对干扰进行补偿，提咼系统的抗干扰性。后，通过仿真验证了本文所提出的同步控制方法的可行性。
1双驱动系统模型
龙门数控加工中心双驱动系统（图1)由电气伺服系统和机械伺服系统组成。机械伺服系统包括龙门机构和传动装置，两运动轴通过龙门机构实现耦合；电气伺服系统包括驱动电机、反馈装置和控制器。驱动系统采用h相永磁同步电机，具体模型参照文献[7-8]，本文主要是对龙门加工中心双轴耦合部分和传动装置进行建模。
龙门加工中心的机械描述
一个典型的龙门机构如图2所示。双驱动系统中两个伺服电机通过传动系统驱动受静压导轨约束的滑座1和滑座2,滑座通过螺栓连接带动龙门立柱和横梁，横梁上面安装可沿y方向滑动的滑枕和刀架，刀架承受切削载荷。理想情况下两轴位移x, = x2，但是由于滑枕和刀架的y方向移动，会使龙门机构的重心偏离几何中心，这样就会造成两伺服轴动态性能的差异，加上强切削力的干扰作用，使龙门机构倾斜产生同步误差。