伯特利數(shù)控 加工中心 鉆攻中心
前言:
當(dāng)前針對(duì)加工中心整機(jī)動(dòng)態(tài)特性的研究,常圍繞模態(tài)和動(dòng)柔度展開(kāi)-_ :柔度表征在理想切削力作用下•刀尖點(diǎn)處刀具與工件的相對(duì)位移,其幅值大小與加工精度密切相關(guān),切削力及刀具與工件的相對(duì)位移均包含三向分量,當(dāng)激勵(lì)響應(yīng)異向的動(dòng)柔度與激勵(lì)響應(yīng)同向的動(dòng)柔度幅值相當(dāng)時(shí).可認(rèn)為機(jī)床存在“軸間耦合”現(xiàn)象?,F(xiàn)有研究通常忽略動(dòng)柔度矩陣中的非對(duì)角項(xiàng)[3],缺乏對(duì)加工中心各向動(dòng)態(tài)特性的完整描述。
研究軸間耦合問(wèn)題需要對(duì)加工中心進(jìn)行準(zhǔn)確建模;
有限兀分析(finite element analysis, fea)方法是加工中心結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性研究的主流方法,其中加工中心結(jié)合部需要進(jìn)行重點(diǎn)考慮絲杠螺母、導(dǎo)軌滑塊、主軸軸承等運(yùn)動(dòng)結(jié)合部常用單個(gè)或多個(gè)彈簧阻尼單元等效•而主軸刀柄、地腳螺栓和定位膠等固定結(jié)合部常用彈簧阻尼單元或虛擬介質(zhì)等效_1,并結(jié)合模態(tài)分析等實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行結(jié)合部參數(shù)辨識(shí):整機(jī)有限元模型主要用于模態(tài)、結(jié)構(gòu)動(dòng)柔度、裝配預(yù)壓等問(wèn)題的仿真分析:
由于加工中心各軸伺服控制系統(tǒng)與整機(jī)結(jié)構(gòu)低階振動(dòng)耦合::: •機(jī)械振動(dòng)在限制進(jìn)給系統(tǒng)帶寬的同時(shí),控制環(huán)特性也會(huì)對(duì)加工中心動(dòng)柔度產(chǎn)生影響,有限元建模得到的結(jié)構(gòu)動(dòng)柔度無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)實(shí)際加工中刀尖點(diǎn)的動(dòng)柔度.因此在加工中心設(shè)計(jì)過(guò)程中需要建立機(jī)械.控制.加工三位一體的動(dòng)力學(xué)模型,當(dāng)前加工中心機(jī)電聯(lián)合建模的主流方法有子系統(tǒng)簡(jiǎn)化法和軟件集成法[2],前者側(cè)重研究機(jī)械系統(tǒng)或控制系統(tǒng)的等效處理,后者側(cè)重研究仿真軟件間的接口,國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)多利用機(jī)電模型研究加工中心運(yùn)動(dòng)特性1 11 12],對(duì)機(jī)收稿日期:2016-05-26
基金項(xiàng)目:國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2009zx04002-021)作者簡(jiǎn)介:趙彤(1972—),男,副研究員。
: zhaotong@tsinghua. edu. cn
床振動(dòng)特性的分析鮮有涉及•而國(guó)外文獻(xiàn)盡管關(guān)注了控制環(huán)對(duì)動(dòng)柔度的影響•但缺乏對(duì)機(jī)電系統(tǒng)軸間耦合問(wèn)題的研究
本文建立了一臺(tái)雙驅(qū)進(jìn)給平臺(tái)的有限元模型,結(jié)合模態(tài)實(shí)驗(yàn)和頻響實(shí)驗(yàn)研究了其機(jī)械系統(tǒng)的軸間耦合問(wèn)題;提出了一種用傳遞函數(shù)組等效結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的加工中心機(jī)電聯(lián)合仿真建模方法,分別建立了一臺(tái)雙驅(qū)臥式加工中心的有限元模型、進(jìn)給軸控制環(huán)模型和整機(jī)機(jī)電模型•并以此研究了其機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)電系統(tǒng)的軸間耦合問(wèn)題,定性分析了耦合產(chǎn)生的原因及其對(duì)加工中心動(dòng)態(tài)特性及控制環(huán)參數(shù)選擇的影響。
1單軸雙驅(qū)進(jìn)給平臺(tái)有限元建模
串聯(lián)式加工中心一般有三向進(jìn)給軸。本文首先利用一臺(tái)雙驅(qū)進(jìn)給平臺(tái)tcb1研究單軸進(jìn)給系統(tǒng).其主要結(jié)構(gòu)件為工作臺(tái)和床身.如圖i所示,利用ansys workbench對(duì)該進(jìn)給平臺(tái)進(jìn)行有限元建模•將工件.電機(jī)座和軸承座處的螺栓結(jié)合部等效為固連,而將加工中心地腳結(jié)合部、導(dǎo)軌滑塊結(jié)合部和絲杠軸系結(jié)合部分別等效為三向、兩向和單向彈簧阻尼單元。首先•借助文9中的經(jīng)驗(yàn)公式和相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)結(jié)合部參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè),再根據(jù)進(jìn)給平臺(tái)有限元仿真、模態(tài)實(shí)驗(yàn)和頻響實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)結(jié)合部的剛度參數(shù)和阻尼參數(shù)(進(jìn)行修正,直至仿真結(jié)果滿足誤差要求,修正后的部分結(jié)合部參數(shù)如表1所示,由于進(jìn)給平合整體質(zhì)量分布不均,因此同類(lèi)型的結(jié)合部在不同位置處的參數(shù)也有所不同:
確定所有結(jié)合部參數(shù)后•可建立tcm進(jìn)給平臺(tái)完整的有限元模型:相應(yīng)的模態(tài)實(shí)驗(yàn)采用pcb公司的㈠slu)5n力錘和356a16三向加速度傳感器進(jìn)行信號(hào)激勵(lì)和采集•采用lms scadas數(shù)據(jù)采集前端和「:vst.lab軟件進(jìn)行信號(hào)處理和數(shù)據(jù)分析-如圖2a所示:實(shí)驗(yàn)采用移動(dòng)力錘法•用個(gè)點(diǎn)完全構(gòu)建進(jìn)給平臺(tái)幾何輪廓•且在床身、工作臺(tái)與工件上均布置傳感器。兩階模態(tài)振型實(shí)驗(yàn)結(jié)果不例如圖2b和2c所示。