技術創新服務貼心 掌握先機, 創造價值 -- 工具機設計模擬的發展 工具機產業發展組機械開發部劉育安 2015.03.04 2015 PMC ( 財 ) 精密機械研究發展中心
大綱 FEA 模型建立 靜剛性分析 動剛性分析 機電模擬整合分析 2015/2/26 1
模型簡化及網格建立 mesh 2015/2/26 2
邊界條件設定 2015/2/26 3
線軌剛性 Rexroth,Roller rail systems 2015/2/26 4
結合面剛性 2015/2/26 5
軸承剛性 2015/2/26 6
軸承剛性 Nsk,Super Precision Bearings 2015/2/26 7
螺桿剛性 K N K N Nsk,Ball screw 2015/2/26 8
地腳螺栓剛性 與模態測試比對值 2.72x10 10 N/m ( 徑向 ) 2.24x10 7 N/m ( 軸向 ) 2015/2/26 9
介面剛性表 結合介面 X 軸線軌滑塊 ( 正向 ) X 軸線軌滑塊 ( 側向 ) Y 軸線軌滑塊 ( 正向 ) Y 軸線軌滑塊 ( 側向 ) Z 軸線軌滑塊 ( 正向 ) Z 軸線軌滑塊 ( 側向 ) 螺桿固定端軸承剛性螺桿尾座端軸承剛性螺桿螺帽 ( 剛性 ) 地腳剛性 ( 軸向 ) 地腳剛性 ( 側向 ) 主軸軸承 ( 軸向 ) 主軸軸承 ( 徑向 ) 底座及立柱 ( 正向 ) 底座及立柱 ( 側向 ) 剛性值 (N/m) 3.50E+08 3.27E+08 3.50E+08 3.27E+08 3.50E+08 3.27E+08 1.47E+09 1.28E+09 2.58E+08 1.40E+08 1.22E+08 4.25E+08 8.50E+07 1.22E+08 1.24E+09 2015/2/26 10
靜剛性分析 Y Z X 2015/2/26 11 Y Force X Force -Z Force Z Force -X Force -Y Force
靜剛性分析結果 2015/2/26 12
自重變形 X Z Y 2015/2/26 13
自重變形 X Z Y 2015/2/26 14
自重變形 X Z Y 2015/2/26 15
自重變形 X Z Y 2015/2/26 16
自重變形 X Z Y 2015/2/26 17
自重變形 X Z Y 2015/2/26 18
自重變形 X Z Y 2015/2/26 19
自重變形 X Z Y 2015/2/26 20
自重變形 X Z Y 2015/2/26 21
自重變形 X Z Y 2015/2/26 22
自重變形 X Z Y 2015/2/26 23
自重變形 X Z Y 2015/2/26 24
動剛性分析 Y Z X 2015/2/26 25 Y Force X Force -Z Force Z Force -X Force -Y Force
X 向動剛性 142.38Hz ζ=0.02 2015/2/26 26
Y 向動剛性 98.52Hz 292.75Hz ζ=0.02 2015/2/26 27
Z 向動剛性 67.25Hz 36.65Hz 104.72Hz ζ=0.02 2015/2/26 28
大綱 FEA 模型建立 靜剛性分析 動剛性分析 機電模擬整合分析 2015/2/26 29
工具機設計流程 工具機新開發專案 工具機新開發專案 修改結構 機械結構設計 控制參數設計 機械結構設計 組裝及配電 參數修正 控制參數調整 測試不合格 性能測試 測試合格 測試不合格 性能測試 組裝及配電 參數修正 性能驗證 出機交貨 測試合格 出機交貨 與測試結果相符 傳統工具機開發流程 機電模擬整合平行設計方法 2015/2/26 30
機電整合模擬 最大軸加速度 定位響應 控制響應 / 干擾響應 控制器增益參數 運動軌跡及循圓測試 預估不同加工條件下的加工品質及精度 機械結構設計優化 控制參數優化 2015/2/26 31
工具機進給系統模型 聯軸器 K c 光學尺 平台 K t 螺帽 K n 編碼器 Motor 軸承 K b 螺桿 K l 床身底座 X m X t K 控制器命令 馬達 工作台 M1 C M2 F 2015/2/26 32
工具機進給系統響應 2015/2/26 33
底座連接點 滑塊連接點軸承連接點軸承連接點 馬達連接點 立柱連接點 地腳連接點 2015/2/26 34
柔體與柔體間透過連接點結合 軸承連接點 軸承連接點 2015/2/26 35
模型架構及運動對設定 鞍座 線軌 螺帽 線軌 前軸承 聯軸器 後軸承 Motor 螺桿 底座 地腳 地板 2015/2/26 36
動態軌跡模擬 2015/2/26 37
協同模擬架構 Motor_torque Motor_omega Linear Encoder 2015/2/26 38
協同模擬控制迴路架構 CAD/CAM NC 程式 運動軌跡規劃 G-Code 解譯器 加減速插值器 X 軸 位置命令 Y 軸 Z 軸 虛擬機構 位置控制 速度控制 電流控制 功率放大 Current Sensor 馬達 進給機構 Encoder 伺服迴路控制 Linear Encoder 2015/2/26 39
輸出 / 輸出設定 2015/2/26 40
生成 Matlab 模型 2015/2/26 41
循矩形軌跡 命令軌跡 2015/2/26 42
進給速率 Feedrate=5000(mm/min); A=1000(mm/sec^2); TB=24(ms);Ta=0(ms); Fc=4000(mm/min);Kp=50 Kff=0.995 2015/2/26 43
模擬路徑 2015/2/26 44
轉角誤差 Feedrate=5000(mm/min); A=1000(mm/sec^2); TB=24(ms);Ta=0(ms); Fc=4000(mm/min);Kp=50 Kff=0.995 2015/2/26 45
動態誤差 2015/2/26 46
大綱 Feedrate=5000(mm/min); A=1000(mm/sec^2); TB=24(ms);Ta=0(ms);Fc=1000(mm/min); Kp=50 ;Kff=0.995 2015/2/26 47
轉角誤差 Feedrate=5000(mm/min); A=1000(mm/sec^2); TB=24(ms);Ta=0(ms);Fc=1000(mm/min); Kp=50 ;Kff=0.995 2015/2/26 48
修改後加減速參數 Feedrate=5000(mm/min); A=1000(mm/sec^2); TB=24(ms);Ta=24(ms);Fc=1000(mm/min); 2015/2/26 49
轉角軌跡內縮 2015/2/26 50
循圓形軌跡 Feedrate=4000(mm/min); A=300(mm/sec^2); TB=0(ms);Ta=0(ms);Kp=10; Kff=0 2015/2/26 51
循圓形軌跡 Feedrate=4000(mm/min); A=300(mm/sec^2); TB=0(ms);Ta=0(ms);Kp=50; Kff=0 2015/2/26 52
循圓形軌跡 Feedrate=4000(mm/min); A=300(mm/sec^2); TB=0(ms);Ta=0(ms);Kp=50; Kff=0.995 2015/2/26 53
循 R 角的矩形軌跡 Feedrate=4000(mm/min); A=300(mm/sec^2); TB=0(ms);Ta=0(ms);Kff=0 2015/2/26 54
循 R 角的矩形軌跡 Feedrate=4000(mm/min); A=300(mm/sec^2); TB=0(ms);Ta=0(ms);Kff=0.995 2015/2/26 55
位置迴路波德圖 2015/2/26 56
結論 確認馬達選配 ( 大小 扭矩 速度 ) 是否合適 我們可以用機電模擬做什麼呢? 透過機電系統模擬, 可以得到參數與機械間的搭配是否符合需求 利用機電系統模擬, 做為機械設計變更前的修改測試 透過機電系統模擬, 預測加工成品的精度與表面品質?? 2015/2/26 57
謝謝聆聽 聯絡方式 e9513@mail.pmc.org.tw 劉育安 2015/2/26 58