基于直驅(qū)擺頭動力刀架的機(jī)電耦合分析研究.pdf

1、本課題來源于國家重大專項(xiàng)——動梁無滑枕立式銑車復(fù)合加工中心(專項(xiàng)號:2010ZX04001-032)。該專項(xiàng)是“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”中的一個國家重大科技項(xiàng)目，代表著未來先進(jìn)制造技術(shù)的一個發(fā)展方向。直驅(qū)擺頭動力刀架系統(tǒng)作為整臺加工中心的主要加工部分，其性能的好壞直接決定了系統(tǒng)的加工精度，是整個加工中心的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　直驅(qū)擺頭動力刀架系統(tǒng)采用先進(jìn)的直驅(qū)技術(shù)，將力矩電機(jī)和擺頭刀架系統(tǒng)直接耦合在一起，驅(qū)動擺頭運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了“零

2、驅(qū)動”。先進(jìn)制造技術(shù)的前進(jìn)和發(fā)展，就是解決舊問題和產(chǎn)生新問題的螺旋式循環(huán)過程。應(yīng)用直驅(qū)技術(shù)，可使機(jī)床結(jié)構(gòu)更加緊湊、機(jī)構(gòu)更加簡單、動態(tài)響應(yīng)更加迅速、精度有所提高。然而，由于采用了“零驅(qū)動”技術(shù)，系統(tǒng)的機(jī)械部件和電機(jī)耦合得更加緊密，力學(xué)參數(shù)和電參數(shù)也直接耦聯(lián)在一起，無法單一地對某個機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)償，加深了分析系統(tǒng)參數(shù)特性的難度。
　　機(jī)床的性能指標(biāo)是通過分析整個系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)，進(jìn)而分析動、靜態(tài)過程中各個機(jī)構(gòu)的參數(shù)特性來確定的。機(jī)構(gòu)的復(fù)

3、雜程度直接影響系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，也極大程度地影響著直驅(qū)擺頭動力刀架這個機(jī)電多體系統(tǒng)的功能特性，甚至影響系統(tǒng)的加工精度。在系統(tǒng)的工作過程中，這種復(fù)雜的耦合結(jié)構(gòu)參數(shù)在不匹配的情況下，會降低系統(tǒng)的可靠性，甚至可能使整個系統(tǒng)出現(xiàn)故障。機(jī)電系統(tǒng)通常工作在非線性的工作過程中，當(dāng)系統(tǒng)受到負(fù)載的擾動時，系統(tǒng)表現(xiàn)出來的力學(xué)參數(shù)和電參數(shù)之間復(fù)雜的機(jī)電耦合參數(shù)特性，將影響整個機(jī)床的性能。我國在多體耦合系統(tǒng)的機(jī)電耦合研究上，雖然取得了一定的成果，但是仍然缺乏深層

4、次的研究。
　　本課題以直驅(qū)擺頭動力刀架系統(tǒng)為研究對象，對機(jī)電耦合系統(tǒng)進(jìn)行深入的分析研究。通過分析直驅(qū)擺頭動力刀架各個子系統(tǒng)，充分了解力矩電機(jī)、電主軸、刀架的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理以及其耦合關(guān)系，正確認(rèn)識并通過不同的方法，定量分析計(jì)算了直驅(qū)擺頭動力刀架耦合系統(tǒng)的耦合系數(shù)。從機(jī)電多體系統(tǒng)的角度出發(fā)，首先對本課題的研究對象進(jìn)行了機(jī)電耦合的結(jié)構(gòu)分析，然后分析了耦合系統(tǒng)的參數(shù)之間的關(guān)系，直觀地描述了系統(tǒng)部件之間的復(fù)雜程度，并用仿真的方法證明了

5、機(jī)電耦合系統(tǒng)各動態(tài)特性之間關(guān)系的正確性，最后通過對機(jī)電耦合系數(shù)的逆運(yùn)算，得到電學(xué)參數(shù)和力學(xué)參數(shù)的最佳耦合范圍，在這個范圍之內(nèi)，使得直驅(qū)擺頭動力刀架系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)和電系統(tǒng)耦合達(dá)到了匹配狀態(tài)。
　　通過分析可以發(fā)現(xiàn)，在有效的機(jī)電耦合參數(shù)范圍內(nèi)，大大縮小了系統(tǒng)穩(wěn)定性的范圍，更好地優(yōu)化系統(tǒng)的動態(tài)特性和整臺加工中心，提高系統(tǒng)的加工精度和機(jī)床的性能指標(biāo)。采用機(jī)電耦合的方法，定量分析并優(yōu)化系統(tǒng)的功能特性，在裝備制造業(yè)的先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域具有一定的