龍門(mén)加工中心進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要符合特定的條件，從而確保進(jìn)給系統(tǒng)具有優(yōu)異的靜動(dòng)態(tài)性能，最終保證數(shù)控機(jī)床的幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度以及加工精度。隨著數(shù)控機(jī)床不斷向高精度、高速度發(fā)展，進(jìn)給系統(tǒng)的振動(dòng)成為制約加工中心性能改善及加工精度提高的重要因素之一。因此，對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性研究與結(jié)構(gòu)優(yōu)化一直受到機(jī)床制造廠商和專家學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
　　本文結(jié)合國(guó)家重大科技專項(xiàng)“高速龍門(mén)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心”課題(2012ZX04006-

2、011)，采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試與仿真分析相結(jié)合的方式建立進(jìn)給系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)，開(kāi)展進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作。完成的主要工作如下:
　　首先，建立進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)虛擬樣機(jī)，仿真進(jìn)給系統(tǒng)在不同條件下的運(yùn)動(dòng)，獲得動(dòng)力學(xué)參數(shù)。利用Ansys與Adams創(chuàng)建進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)虛擬樣機(jī)模型，利用諧響應(yīng)分析得到工作臺(tái)X向的固有頻率。并對(duì)切削以及快速進(jìn)給條件下的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，得到絲杠的驅(qū)動(dòng)力矩，進(jìn)行了進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)匹配性研究。同時(shí)分析了絲杠

3、副接觸剛度、軸承軸向剛度以及工作臺(tái)質(zhì)量對(duì)工作臺(tái)振動(dòng)頻率的影響。
　　其次，結(jié)合仿真模型與實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的振動(dòng)特性進(jìn)行分析研究，獲得其模態(tài)參數(shù)。利用東華DH5922N信號(hào)采集分析系統(tǒng)完成了切削激勵(lì)與快速進(jìn)給條件下的進(jìn)給系統(tǒng)各部分的振動(dòng)響應(yīng)的測(cè)試與分析，通過(guò)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)工作臺(tái)振動(dòng)加速度信號(hào)中的強(qiáng)迫與固有頻率振動(dòng)的成分，與仿真得到的固有頻率進(jìn)行對(duì)比，可以為虛擬樣機(jī)建立的準(zhǔn)確性提供參考。設(shè)計(jì)了模態(tài)測(cè)試方案，完成了模態(tài)測(cè)試;建立了較為準(zhǔn)確的

4、進(jìn)給系統(tǒng)有限元模型，進(jìn)行了模態(tài)分析，得到進(jìn)給系統(tǒng)前六階模態(tài)振型與頻率，確定進(jìn)給系統(tǒng)變形較大的部位，為下一步的進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供指導(dǎo)。
　　最后，利用Workbench對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)與拓?fù)鋬?yōu)化，提高伺服進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。對(duì)工作臺(tái)內(nèi)部筋板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了尺寸優(yōu)化，在工作臺(tái)不增重的前提下提高了工作臺(tái)的固有頻率和剛度。對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中絲杠螺母副以及絲杠兩端的支承軸承副的軸向剛度對(duì)工作臺(tái)振動(dòng)頻率的影響程度進(jìn)行了分析。對(duì)床身軸承座安裝部位處