數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)動力學(xué)建模與參數(shù)辨識方法的研究.pdf

1、滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床重要的組成部分，其動態(tài)特性直接影響機(jī)床的使用性能以及工件的加工質(zhì)量。因此，研究進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)動力學(xué)特征，揭示其動力學(xué)參數(shù)對進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動穩(wěn)定性的影響規(guī)律，提出改善進(jìn)給系統(tǒng)穩(wěn)定性的有效措施，對提高數(shù)控機(jī)床的加工精度具有重要的意義。
　　本文以高速臥式加工中心為研究對象，通過對滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的參數(shù)化建模，研究了動力學(xué)參數(shù)對進(jìn)給系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響，探索了利用進(jìn)給系統(tǒng)工作過程試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)辨識系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù)的方

2、法，提出提高和改進(jìn)系統(tǒng)動態(tài)性能的措施，完成了如下研究工作。
　　(1)基于Timoshenko梁理論和分布質(zhì)量方法，利用拉格朗日方程，建立了數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的動力學(xué)模型，其中，將絲杠處理為具有橫向、縱向和扭轉(zhuǎn)變形的五自由度柔性體，而將絲杠螺母副及絲杠與軸承的結(jié)合部處理為成組彈簧阻尼單元，以表征絲杠螺母副及絲杠與軸承結(jié)合面預(yù)緊參數(shù)對系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響。
　　(2)利用Ansys Workbench軟件建立了滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的

3、三維模型。通過進(jìn)給系統(tǒng)的模態(tài)和諧響應(yīng)分析，研究了工作臺的位置、絲杠軸向預(yù)緊力、軸承預(yù)緊力、進(jìn)給力對系統(tǒng)工作臺軸向振動幅值的影響，探究了工作臺的位置變化對系統(tǒng)軸向振動的影響規(guī)律，結(jié)果表明工作臺在絲杠中間位置對系統(tǒng)振動穩(wěn)定性的影響最大;隨著絲杠螺母副和軸承預(yù)緊力的增加，進(jìn)給系統(tǒng)的軸向振幅逐漸降低，進(jìn)給力越大對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響越大。
　　(3)通過Siemens840D系統(tǒng)的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床工作過程中進(jìn)給系統(tǒng)的電動機(jī)轉(zhuǎn)速、工作臺位

4、置、伺服電動機(jī)力矩電流實(shí)時采集，并提出了利用實(shí)時采集數(shù)據(jù)計(jì)算工作臺運(yùn)動參數(shù)及驅(qū)動力的方法。綜合上述理論分析結(jié)果，建立了工作臺運(yùn)動的運(yùn)動微分方程，提出了進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動力學(xué)參數(shù)的辨識方法。對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到了工作臺在運(yùn)動過程中的速度與加速度隨時間的變化曲線是波動的，分析了引起工作臺速度波動的原因是工作臺受到的摩擦阻尼以及軸向剛度的影響。分析了進(jìn)給速度對工作臺運(yùn)動穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明隨著進(jìn)給速度的增大，工作臺的運(yùn)動越平穩(wěn)。運(yùn)用最小二乘法