基于ADAMS的数控机床进给系统动力学仿真.pdf

年月 第卷 第期 机 床 与 液 压 收 稿 日 期 基 金 项 目国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 作 者 简 介赵 艳 春女硕 士 研 究 生副 教 授硕 士 研 究 生 导 师研 究 方 向 为 数 控 技 术 基于 的数控机床进给系统动力学仿真 赵 艳 春李 尚 帅李 铁 军王 丹 沈 阳 化 工 大 学 机 械 工 程 学 院辽 宁 沈 阳 摘 要为 了 分 析 机 床 进 给 系 统 在 零 件 加 工 时 对 其 精 度 影 响利 用 三 维 造 型 软 件 建 立 数 控 机 床 进 给 系 统 的 动 力 学 模 型利 用 分 别 建 立 丝 杠 和 工 作 台 的 有 限 元 模 型将 模 型 导 入 对 数 控 机 床 进 给 系 统 进 行 振 动 仿 真结 果 表 明固 定 转 速 下工 作 台 在 不 同 位 置 的 振 幅 不 同改 变 转 速 其 规 律 相 近在 不 同 转 速 下速 度 越 大工 作 台 振 幅 越 大 并 呈 线 性 关 系 关 键 词工 作 台 振 动 分 析 数 控 机 床进 给 系 统 中 图 分 类 号 文 献 标 志 码 文 章 编 号 前 言 随 着 企 业 效 率 的 提 高 和 自 动 化 程 度 的 提 高人 们 对 高 速 机 床 的 需 求 越 来 越 大国 外 有 些 发 达 国 家 的 先 进 水 平 可 以 使 机 床 的 主 轴 转 速 最 高 可 达 到 但 在 运 用 机 床 高 速 运 转 的 同 时 不 得 不 考 虑 其 高 转 速 引 起 的 大 振 动 问 题而 振 动 超 过 一 定 范 围 时 就 会 使 机 床 的 稳 定 性 下 降加 工 精 度 下 降机 床 的 使 用 寿 命 也 会 减 少所 以研 究 机 床 的 振 动 性 能 对 于 减 小 振 动提 高 机 床 稳 定 性 是 必 不 可 少也 是 至 关 重 要 的 数 控 机 床 的 进 给 系 统 是 机 床 的 重 要 组 成 部 分也 是 影 响 数 控 机 床 加 工 精 度 的 重 要 因 素影 响 机 床 进 给 系 统 的 精 度 因 素 有 丝 杠 的 导 程工 作 台 和 导 轨 之 间 的 支 撑 刚 度丝 杠 的 预 拉 伸 力 等 等 文 中 主 要 通 过 虚 拟 样 机 技 术 研 究 进 给 系 统 在 不 同 的 转 速 下 对 工 作 台 振 动 的 影 响 数 控 机 床 进 给 系 统 模 型 的 建 立 考 虑 到 在 中 建 模 过 程 比 较 繁 琐采 用 三 维 造 型 软 件 对 进 给 系 统 进 行 建 模把 装 配 体 模 型 文 件 导 入 到 中构 成 虚 拟 样 机 的 几 何 模 型通 过 给 几 何 模 型 中 的 零 部 件 施 加 约 束运 动 力 等完 成 数 控 机 床 虚 拟 样 机 的 建 立 由 于 软 件 建 立 的 模 型 是 刚 形 体在 仿 真 中 对 于 大 部 分 零 件 是 符 合 实 际 工 作 情 况 的而 丝 杠 和 工 作 台 则 与 进 给 系 统 在 实 际 工 作 中 的 情 况 不 符为 了 使 仿 真 的 结 果 更 真 实 可 靠接 近 进 给 系 统 的 实 际 工 作 情 况需 要 对 丝 杠 和 工 作 台 进 行 柔 性 化 处 理运 用 软 件 对 丝 杠 和 工 作 台 进 行 网 格 划 分 处 理 后 导 入 中 模 型 如 图所 示 图进 给 系 统 在 中 模 型 进 给 系 统 虚 拟 样 机 仿 真 文 中 研 究 直 径 为 的 丝 杠 在 不 同 转 速 下 对 工 作 台 的 振 动 影 响 情 况丝 杠 的 转 速 从 到 每 加 仿 真 一 次并 且 在 丝 杠 上 分 别 取个 等 距 的 点 为 工 作 台 仿 真 初 始 位 置 点研 究 的 目 的 就 是 工 作 台 在 不 同 转 速 下 某 一 点 的 振 动 情 况 和 同 一 转 速 时 不 同 位 置 的 振 动 情 况 比 较仿 真 系 统 其 他 参 数 设 置 见 表 表系 统 参 数 设 置 轴 承 的 轴 向 刚 度 轴 承 支 撑 刚 度 丝 杠 的 弹 性 模 量 丝 杠 长 度 工 作 台 长 工 作 台 高 背 向 力 工 作 台 的 质 量 导 轨 与 工 作 台 的 刚 度 丝 杠 导 程 丝 杠 的 密 度 主 切 削 力 工 作 台 宽 进 给 力 在 丝 杠 上 分 别 取个 不 同 的 点 作 为 工 作 台 振 动 分 析 起 始 点分 别 命 名 为 它 们 的 间 距 分 别 为 代 表 工 作 台 停 在 距 离 丝 杠 左 端 的 处而 是 从 依 次 向 右 取当 工 作 台 的 质 心 停 在 时 突 然 给 丝 杠 一 个 速 度也 就 是 给 丝 杠 一 个 冲 击仿 真 结 束 得 到 一 组 数 据 后通 过 改 变 转 速 值 得 到 在 处 不 同 转 速 下 仿 真 结 果按 此 法 依 次 得 出 十 个 点 的 仿 真 数 据最 后 通 过 的 后 处 理 模 块 进 行 分 析 工 作 台 同 一 点 在 不 同 转 速 下 的 轴 向 振 幅 在 及 处 不 同 转 速 对 工 作 台 的 轴 向 振 动 情 况 如 图及 图所 示 图 处 最 大 振 幅 图 处 最 大 振 幅 值 变 化 幅 度值 变 化 幅 度 从 图可 以 得 到 在 位 置 处 随 着 转 速 的 增 加 工 作 台 的 振 幅 随 之 增 加大 致 呈 线 性 规 律 从 图可 以 得 到 在 位 置 处 随 着 转 速 的 增 加 工 作 台 的 振 幅 也 随 之 增 加与 在 相 比 振 幅 值 大 小 相 差 不 大且 斜 率 相 近 同 一 转 速 下 工 作 台 不 同 位 置 的 轴 向 振 幅 各 转 速 下 不 同 位 置 的 轴 向 振 动 情 况 如 图所 示 图转 速 为 时 不 同 位 置 的 轴 向 振 动 图转 速 为 时 不 同 位 置 的 轴 向 振 动 图转 速 为 时 不 同 位 置 的 轴 向 振 动 从 图可 看 出在 同 一 转 速 不 同 位 置 的 下 工 作 台 振 幅 大 致 呈 现 为波 浪 状随 着 位 置 的 变 化其 振 幅 先 增 大随 之 减 小然 后 再 次 增 大 结 论 通 过 利 用 和 软 件 完 成 了 数 控 机 床 进 给 系 统 零 部 件 和 装 配 体 的 建 模然 后 将 装 配 体 导 入 中 建 立 了 进 给 系 统 虚 拟 样 机 仿 真 模 型设 置 约 束 和 参 数完 成 对 数 控 机 床 进 给 系 统 动 力 学 分 析 得 出 工 作 台 在 丝 杠 不 同 转 速 激 励 下 的 轴 向 振 动 响 应 曲 线并 且 得 出 同 一 位 置 不 同 转 速 的 最 大 振 幅 规 律以 及 根 据 同 一 转 速 不 同 位 置 最 大 振 幅 的 变 化 规 律 曲 线 得 出 随 着 转 速 的 增 加 各 位 置 的 最 大 振 幅 随 之 增 加 呈 线 性 关 系转 速 一 定 时 规 律 比 较 明 显工 作 台 在 开 始 的 时 候 振 幅 最 大在 丝 杠 中 后 部 和 后 端 振 幅 较 大为 以 后 的 误 差 补 偿 提 供 一 定 的 依 据同 时 对 工 作 台 的 结 构 优 化 设 计 和 丝 杠 转 速 最 佳 值 的 选 取 有 一 定 指 导 价 值 参 考 文 献 陈 贵 清杨 晓 京李 浙 昆等数 控 机 床 进 给 系 统 的 稳 定 性 分 析 机 电 工 程 李 彩 丽郭 克 希数 控 加 工 中 动 力 学 问 题 分 析 科 技 资 讯 安 美 玲基 于 和 的 折 剪 机 床 虚 拟 样 机 建 模 与 仿 真 机 床 与 液 压 廖 平高 速 数 控 车 床 进 给 系 统 切 削 运 动 平 稳 性 分 析 现 代 制 造 工 程 张 会 端谭 庆 昌进 给 系 统 参 数 对 丝 杠 振 动 频 率 的 影 响 工 程 与 试 验 郭 卫 东虚 拟 样 机 技 术 与 应 用 实 例 教 程北 京北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 张 义 民机 械 振 动 力 学长 春吉 林 科 学 技 术 出 版 社 李 增 刚 入 门 详 解 与 实 例北 京国 防 工 业 出 版 社 机 床 与 液 压第卷