數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與參數(shù)辨識(shí)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征，揭示其動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)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(duì)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(duì)象，通過對(duì)滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的參數(shù)化建模，研究了動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)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(shí)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的方

2、法，提出提高和改進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)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(duì)系統(tǒng)動(dòng)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(tái)的位置、絲杠軸向預(yù)緊力、軸承預(yù)緊力、進(jìn)給力對(duì)系統(tǒng)工作臺(tái)軸向振動(dòng)幅值的影響，探究了工作臺(tái)的位置變化對(duì)系統(tǒng)軸向振動(dòng)的影響規(guī)律，結(jié)果表明工作臺(tái)在絲杠中間位置對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)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(duì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、工作臺(tái)位

4、置、伺服電動(dòng)機(jī)力矩電流實(shí)時(shí)采集，并提出了利用實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)計(jì)算工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)及驅(qū)動(dòng)力的方法。綜合上述理論分析結(jié)果，建立了工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方程，提出了進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的辨識(shí)方法。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到了工作臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過程中的速度與加速度隨時(shí)間的變化曲線是波動(dòng)的，分析了引起工作臺(tái)速度波動(dòng)的原因是工作臺(tái)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(duì)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)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(tái)的運(yùn)動(dòng)越平穩(wěn)。運(yùn)用最小二乘法