大型立式加工中心进给系统动态特性研究

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进给系统是数控机床的关键部件,其动态特性的好坏直接影响机床的加工效率和加工质量。进给系统的振动不利于机床加工精度的提高,影响机床工作的稳定性和可靠性。随着现代制造加工的需要,对数控机床的加工精度、工作效率和运行可靠性提出了更高的要求。通过分析进给系统的动态特性、研究滚珠丝杆支撑方式对进给系统的影响,能对进给系统的结构设计、控制系统设计以及机床材料的选择提供依据。本课题以PL1600立式加工中心为研究对象,主要以有限元法和虚拟样机技术为理论基础,选用专业CAE平台,研究进给系统在低速重载切削下的力学响应,完成的主要工作如下:(1)进给系统的动态特性分析。建立机床进给系统的数学模型时,对于系统中关键零部件的接触面,未忽略其刚度与阻尼对进给系统的动态特性影响,并建立滚珠丝杠和导轨滑块的等效模型;对进给系统进行结构静力学分析和模态分析,获得进给系统及关键零部件的应力、变形、各阶振型和固有频率等性能参数;依据模态分析的结论对进给系统进行谐响应分析,绘制出丝杠的谐响应曲线。通过上述分析获得了进给系统的静刚度和动刚度。(2)机床进给系统的动力学分析。滚珠丝杠等关键零部件变形会影响工艺系统的加工精度,集成ANSYS和ADAMS平台建立进给系统的多刚体模型和刚柔耦合模型。模拟进给系统在空载时的快速运动(20m/min),研究滚珠丝杠和工作台的速度、加速度和位移等运动学特性。分析进给系统在低速重载时的切削平稳性,研究了切削力对丝杆轴向变形的影响;并对滚珠丝杠的支撑方式进行了对比分析。(3)进给系统的振动分析。分析进给系统在受迫振动作用下的振动特性,获得其关键零件部件的频响函数曲线,通过对丝杠和工作台在不同激励下的位移响应等结果进行分析比较,提出降低或抑制系统振动响应的有效措施。
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