基于機電建模的加工中心軸間耦合問題
海天精工 加工中心 鉆攻中心前言：當(dāng)前針對加工中心整機動態(tài)特性的研究，常圍繞模態(tài)和動柔度展開-_ :柔度表征在理想切削力作用下•刀尖點處刀具與工件的相對位移，其幅值大小與加工精度密切相關(guān)，切削力及刀具與工件的相對位移均包含三向分量，當(dāng)激勵響應(yīng)異向的動柔度與激勵響應(yīng)同向的動柔度幅值相當(dāng)時.可認(rèn)為機床存在“軸間耦合”現(xiàn)象?，F(xiàn)有研究通常忽略動柔度矩陣中的非對角項[3]，缺乏對加工中心各向動態(tài)特性的完整描述。研究軸間耦合問題需要對加工中心進(jìn)行準(zhǔn)確建模；有限兀分析（finite element analysis, FEA)方法是加工中心結(jié)構(gòu)動態(tài)特性研究的主流方法，其中加工中心結(jié)合部需要進(jìn)行重點考慮絲杠螺母、導(dǎo)軌滑塊、主軸軸承等運動結(jié)合部常用單個或多個彈簧阻尼單元等效•而主軸刀柄、地腳螺栓和定位膠等固定結(jié)合部常用彈簧阻尼單元或虛擬介質(zhì)等效_1，并結(jié)合模態(tài)分析等實驗方法進(jìn)行結(jié)合部參數(shù)辨識：整機有限元模型主要用于模態(tài)、結(jié)構(gòu)動柔度、裝配預(yù)壓等問題的仿真分析：由于加工中心各軸伺服控制系統(tǒng)與整機結(jié)構(gòu)低階振動耦合::: •機械振動在限制進(jìn)給系統(tǒng)帶寬的同時，控制環(huán)特性也會對加工中心動柔度產(chǎn)生影響，有限元建模得到的結(jié)構(gòu)動柔度無法準(zhǔn)確預(yù)測實際加工中刀尖點的動柔度.因此在加工中心設(shè)計過程中需要建立機械.控制.加工三位一體的動力學(xué)模型，當(dāng)前加工中心機電聯(lián)合建模的主流方法有子系統(tǒng)簡化法和軟件集成法[2]，前者側(cè)重研究機械系統(tǒng)或控制系統(tǒng)的等效處理，后者側(cè)重研究仿真軟件間的接口，國內(nèi)文獻(xiàn)多利用機電模型研究加工中心運動特性1 11 12]，對機收稿日期：2016-05-26基金項目：國家科技重大專項（2009ZX04002-021)作者簡介：趙彤（1972—)，男，副研究員。E-mail： zhaotong@tsinghua. edu. cn床振動特性的分析鮮有涉及•而國外文獻(xiàn)盡管關(guān)注了控制環(huán)對動柔度的影響•但缺乏對機電系統(tǒng)軸間耦合問題的研究本文建立了一臺雙驅(qū)進(jìn)給平臺的有限元模型，結(jié)合模態(tài)實驗和頻響實驗研究了其機械系統(tǒng)的軸間耦合問題；提出了一種用傳遞函數(shù)組等效結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的加工中心機電聯(lián)合仿真建模方法，分別建立了一臺雙驅(qū)臥式加工中心的有限元模型、進(jìn)給軸控制環(huán)模型和整機機電模型•并以此研究了其機械系統(tǒng)和機電系統(tǒng)的軸間耦合問題，定性分析了耦合產(chǎn)生的原因及其對加工中心動態(tài)特性及控制環(huán)參數(shù)選擇的影響。1單軸雙驅(qū)進(jìn)給平臺有限元建模串聯(lián)式加工中心一般有三向進(jìn)給軸。本文首先利用一臺雙驅(qū)進(jìn)給平臺TCB1研究單軸進(jìn)給系統(tǒng).其主要結(jié)構(gòu)件為工作臺和床身.如圖I所示,利用ANSYS Workbench對該進(jìn)給平臺進(jìn)行有限元建模•將工件.電機座和軸承座處的螺栓結(jié)合部等效為固連，而將加工中心地腳結(jié)合部、導(dǎo)軌滑塊結(jié)合部和絲杠軸系結(jié)合部分別等效為三向、兩向和單向彈簧阻尼單元。首先•借助文9中的經(jīng)驗公式和相關(guān)數(shù)據(jù)庫對結(jié)合部參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)，再根據(jù)進(jìn)給平臺有限元仿真、模態(tài)實驗和頻響實驗結(jié)果，對結(jié)合部的剛度參數(shù)和阻尼參數(shù)（進(jìn)行修正，直至仿真結(jié)果滿足誤差要求，修正后的部分結(jié)合部參數(shù)如表1所示，由于進(jìn)給平合整體質(zhì)量分布不均，因此同類型的結(jié)合部在不同位置處的參數(shù)也有所不同：確定所有結(jié)合部參數(shù)后•可建立Tcm進(jìn)給平臺完整的有限元模型：相應(yīng)的模態(tài)實驗采用PCB公司的㈠SlU)5n力錘和356A16三向加速度傳感器進(jìn)行信號激勵和采集•采用LMS SCADAS數(shù)據(jù)采集前端和「:Vst.Lab軟件進(jìn)行信號處理和數(shù)據(jù)分析-如圖2a所示：實驗采用移動力錘法•用個點完全構(gòu)建進(jìn)給平臺幾何輪廓•且在床身、工作臺與工件上均布置傳感器。兩階模態(tài)振型實驗結(jié)果不例如圖2b和2c所示。海天精工 備注：為保證文章的完整度，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試，手機瀏覽可能無法正常使用！結(jié)束語：本文利用有限元建模方法分別研究了 TCBL單軸進(jìn)給平臺和MC H (33臥式加工中心整機的軸間耦合問題，并用模態(tài)實驗和頻響實驗驗證了進(jìn)給平臺有限元模型的準(zhǔn)確性；提出了一種用傳遞函數(shù)組等效機械結(jié)構(gòu)的加工中心整機機電聯(lián)合建模方法，并以此研究了 MCHM臥加整機機電系統(tǒng)的軸間耦合問題，得到以下主要結(jié)論：加工中心存在某些模態(tài)振型•引起刀具或工件在多方向的變形•則在相應(yīng)固有頻率附近，整機機械系統(tǒng)和機電系統(tǒng)的軸間耦合作用較強•由異向激勵引起的變形不可忽略•且受異向進(jìn)給控制參數(shù)的影響：因此•在進(jìn)行加工中心動柔度研究和控制參數(shù)的選擇時，軸間耥合問題必須予以考慮；海天精工是一家集銷售、應(yīng)用及服務(wù)于一體的公司。產(chǎn)品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門加工中心、雕銑機、石墨機、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機床的生產(chǎn)工廠設(shè)在廣東省寧波市，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務(wù)！聲明：本站文章均來自網(wǎng)絡(luò)，所有內(nèi)容不代表本站觀點，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任！