数控进给驱动机构的时变结构动力学分析与结构优化研究

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数控进给驱动系统是数控机床的重要组成部分,进给驱动系统的固有特性和动态响应关系到整个机床的使用性能。随着数控机床切削进给速度和进给加速度的提高,一方面使得惯性作用明显增加,由此产生的振动、噪声等问题严重影响机床的工作性能和使用寿命;另一方面,由于高速度以及轻型化的要求,机床部件的弹性形变已不可避免,这大大改变了传统理想机械的动力学特性,研究数控进给驱动机构的动力学特性,对提高数控机床的加工速度、加工精度以及使用寿命都具有非常重要的意义。但目前在驱动系统的动力学分析中一般都是将工作台处于丝杠上的某一固定位置(如多数为中间位置)来进行的,这样就不能反映出其驱动系统在控制过程中的实时动力学特性,从而不可避免地会导致控制性能上的偏差,进而影响到机床的加工精度。本文针对数控机床进给驱动系统在时变结构下的动力学特性变化问题,开展其系统的刚柔耦合动力学特性分析以及实验研究。所做主要工作内容有:(1)运用有限元—集中参数法的思想,通过Solidworks、Patran/Nastran、Adams等软件建立数控进给驱动机构的刚柔耦合动力学模型。(2)通过工作台负载以及位置的变化,模拟整个工作台的实时变化工况。并利用Adam/Vibration固有振动分析模块,分析模型固有振动频率。(3)利用数据采集系统和模态分析软件,测量时变结构下数控十字滑台的振动模态变化规律,并与仿真结果进行对比。(4)通过优化方法,对系统结构进行优化,再通过Adams软件分析优化后的系统固有频率特性,对比系统优化前后的固有频率特性。为机床的设计制造和部件的选型提供参考方向。
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