机床进给系统爬行机理及其仿真研究

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机床是装备制造业中最基本的设备,随着制造业高效率、高精度、高柔性发展的需要,人们对机床的要求越来越高。而进给系统是机床的重要组成部分之一,当其在低速、重载的条件下运行时出现的爬行现象会影响机床整机的平稳性,从而降低其定位精度和灵敏度,导致加工质量和加工精度的降低。因此对进给系统爬行现象进行深入分析,进而抑制及消除进给系统爬行问题具有重要的理论意义及实际应用价值。本文以机床进给系统试验平台为研究对象,在理论分析的基础上运用虚拟样机技术对其低速爬行状态进行了仿真分析,并对所建立的导轨滑块两自由度振动模型及其爬行运动状态进行了分析,主要研究内容如下:(1)简要阐述了机床进给系统的组成、工作原理与性能要求以及爬行现象的定义与起因;总结了国内外关于进给系统、爬行现象的研究现状。(2)针对机床进给系统低速运行过程中出现的“低速爬行”现象,建立其爬行力学模型以及在此基础上的数学模型,并根据数学模型求解得出了进给系统爬行现象产生的临界速度,分析得出影响爬行的因素主要包括运动部件的质量、阻尼系数、传动系统刚度、静动摩擦系数之差及移动速度等。(3)以机床进给系统试验平台为研究对象,运用虚拟样机技术建立其刚柔耦合模型,对其低速运行时的爬行状态进行仿真分析,确定各影响因素(进给速度、移动部件质量、系统阻尼、系统刚度、静动摩擦因数之差)的变化对进给系统速度波动的影响,进而提出抑制及减小爬行的措施。(4)建立导轨滑块系统在一定的牵引速度作用的同时,承受横向位移激励作用时的二维振动模型;对滑块的全滑动状态、爬行运动状态以及各个参数对振动响应的影响进行了数值仿真分析;并与不考虑纵向振动状态的一维模型进行了对比分析。
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