首页>文献首页>高精密机床进给系统刚柔耦合模型工作台特性分析

高精密机床进给系统刚柔耦合模型工作台特性分析

刊名 《青岛大学学报(工程技术版)》
作者 宣贺 英文名 年,卷(期) 2017 年 , 第 4 期
主办单位 青岛大学 国内刊号 37-1268/TS 国际刊号 1006-9798
关键词 高精密机床 刚柔耦合 进给系统 工作台 虚拟仿真 入库时间 2018/1/12 16:03:31

高精密机床进给系统刚柔耦合模型工作台特性分析

随着航空技术和现代电子工业的发展,零部件对所需的材料和型面要求都非常高,所以必须采用高精密的数 控机床进行加工和制造>2]。在零件的加工过程中,机床的零部件会发生变形,所以综合考虑零件的柔性化,使 机床的加工和生产制造更加精确。对机床进给系统的零部件进行多柔化是提高仿真精度的一个重要方向。近年 来,Adams软件在机床领域得到广泛应用,但还未实现直接对柔性体模型进行建模和分析,需要通过其他软件实 现柔性体建模,而刚柔耦合建模技术的研究为柔性体振动的仿真运动提供了更加真实可靠的依据,特别是对高精 密机床的仿真模拟具有重大意义Adams软件是当前应用最广泛的机械系统动力学仿真分析软件,分析对 象主要是刚体,虽然其提供柔性模块,但并不是很详尽;而HyperMesh软件是广泛应用于各个领域的通用有限 元分析软件,具有友好的前后处理界面、高效精确的求解器,能有效的和计算机辅助设计(computer aided design, CAD)及工程设计中的计算机辅助工程(computer aided engineering, CAE)相结合。目前,对于数控进给工作台 特性的研究已经成为国内外学者的研究热点,但由于多种因素,对其横向、轴向、竖向3个方向的运动研究较少。 贾云海等人M研究了不同进给速度对工作台运动的影响,但没有对其位移和加速度进行研究;高翔等人[6]则对 Matlab和Adams软件对滚珠丝杠副进给驱动系统进行轴向和扭转动力学特性的仿真分析。因此,本文结合 CAD和CAE软件的优点建立了高精密机床进给系统刚柔耦合仿真模型,并对其动力学进行仿真,使高精 密机床进给系统的仿真非常方便,在研究中发挥了重要作用。

1进给系统三维模型的建立

利用三维建模软件Pro/E建立高精密机床进给系统模型,进 给系统模型简图如图1所示。建模所需要的基本参数为:丝杠直径 为66mm,丝杆导程为10 mm,两丝杠间的跨距为680 mm,床身尺 寸为 2 860 mmX875 mmX225 mm,伺服电机型号为 Y355L3 - 4。

blob.png

2刚柔耦合进给系统的建立

2.1进给系统零部件有限元建模

将所得模型中丝杆和工作台的三维模型导人HyperMesh中,定义丝杠和工作台材料属性:材料密度为7 900 kg/m3,弹性模量为206 GPa,泊松比为0.3。添加相应的约束, 并对其进行网格划分,网格划分是有限元相当重要的环节,网格的质量直接影响分析结果的精确程度。划分网格 时要注意网格的密度,不能太稠密,否则会导致计算量不断增加;同时,网格密度不能太稀疏,否则无法得到准确 的求解精度。本文选择能很好适应边界条件的、尺寸为20的四面体网格,得到进给系统各零部件的柔性体。丝 杠和工作台的有限元模型[9"11]如图2所示。

blob.png

2.2模态中性文件的生成

在Adams软件中存在两种建立柔性体的方法:一是Adams软件里有自动柔性化功能,利用这一功能将刚性 体转换为柔性体;二是在一些有限元软件中生成模态中性文件,并导人Adams中。本文选择第2种方法。在 HyperMesh中生成丝杠和工作台的模态中性文件mnf文件[11^13]。

2.3刚柔耦合进给系统的建立

1) 将进给系统的三维建模零件图导人Adams软件中,并在软件中添加相应约束和驱动,形成一个完整的 仿真系统,进给系统零件间约束关系示意图如图3所示。

2) 为了验证各运动副添加的合理性,对其进行仿 真。若能合理运动,说明运动副的添加合理;若不能运 动,则找出其错误的地方,对运动副进行修改,然后在 “Simulation”选项中选择“设置”,输人End time: 5.0,Steps: 100进行仿真,验证约束的合理性。

3) 将丝杆和工作台的柔性体与刚性体进行替换,对不符合要求的零部件进行调整,然后在“Simulation”选项中选择“设置”,输入End time:5. O,Step: 100进行仿真分析,得到刚柔耦合进给系统模型[14]。

blob.png

4) 模拟仿真时,需考虑实际环境中的阻力对进给系统的影响。一是模型中添加丝杠预紧力,并结合型号为 W5012Z- 576PSST-C3Z20的丝杠,查表计算得预紧力为225 N;二是模型中摩擦力的处理,摩擦力是影响加工 中心的一个重要因素,低速进给时易使横梁产生跟随误差。因此,为分析加工状态,在模型中需添加一个与预紧 力大小一致的摩擦力,即225邡1446\三是切削力处理,在高速进给时,切削力的不断变化对加工稳定性有重要影 响。方向切削力[17]为

blob.png

3工作台的运动特性仿真分析

3.1刚柔耦合体的创建及切削力的添加

按照以上步骤,把丝杠和工作台的模态中性文件导人Adams中代替刚性体文件,生成高精密机床进给系统的刚柔耦合模型[17]。在进给系统模型中,

参考文献 (19 篇)

  • [期刊论文]        王珏。高速精密五轴联动加工中心结构设计及性能研究
  • [期刊论文]        杨晓君,赵万华,刘辉。等。直线电机进给系统机械系统动态特性研究
  • [期刊论文]    Jiangang Liang     Development of Logical Model for CNC Machine Tool Motion Control System with Application to Virtual Machine Tool Design
  • [期刊论文]    Jiangang Liang     赵宏林,张文河,盛伯浩,等。机床整机综合特性的预测
  • [期刊论文]    Jiangang Liang     贾云海,卢学军,邓福铭。等。金刚石砂轮精密修整工艺研究
  • [期刊论文]    Jiangang Liang     高翔,何加铭,曾兴斌,等。用ADS实现OFDM子系统建模
  • [期刊论文]    Jiangang Liang     赵中敏。数控机床低速爬行分析及对策研究
  • [期刊论文]    Jiangang Liang     廖伯瑜。周新民。尹志宏。现代机械动力学及其工程应用:建模、分析、仿真、修改、控制、优化
  • [期刊论文]    Jiangang Liang     戴闻。机械零部件结合面动态性能实验与ADAMS约束库建模仿真研究
  • [期刊论文]    Jiangang Liang     郑建荣。ADAMS:虚拟样机技术人门与提高
  • [期刊论文]    Jiangang Liang     许丹,刘强。袁松梅,等。一种龙门式加工中心横梁的动力学仿真研究
  • [期刊论文]    Jiangang Liang     王立平,汪劲松,李育文。并联机床动态特性研究的理论与实际意义
  • [期刊论文]    Jiangang Liang     刘言松。曹巨江,张元莹。刚柔耦合机械系统动力学仿真
  • [期刊论文]    Gamarra-Rossdo V O     Yuhara E A O
  • [期刊论文]    Gamarra-Rossdo V O     陈志伟,董月亮。ADAMS/View, Version2005
  • [期刊论文]    Gamarra-Rossdo V O     陈立平。张云清,任卫群。等。机械系统动力学分析及ADAMS应用教程
  • [期刊论文]    Gamarra-Rossdo V O     石博强。ADAMS基础与工程范例教程
  • [期刊论文]    贺龙平,肖介平,龙凯。Modeling and Meshing Guide,Release 10     0
  • [期刊论文]    贺龙平,肖介平,龙凯。Modeling and Meshing Guide,Release 10     陈立平。机械系统动力学分析及ADAMS应用教程

010-56181807

周一至周五9:00-17:30

中国终身教育数据服务平台--中国终身教育学术研究中心课题组中教汇据(北京)科技有限公司

京ICP备15058941号-1Copyright © 2013-2016 ZJHJ Corporation,All Rights Reserved

京ICP证161029