双丝杠同步工作台的进给性能分析与实验研究
发布时间：2020-12-18 04:31
进给系统作为数控机床的重要组成部分,其进给性能直接影响加工的质量。双电机驱动双丝杠的进给系统作为一种高精度的驱动方式在进给系统中的应用越来越广泛,因此研究双丝杠的进给性能对提高系统的稳定性、运动精度和加工效率具有重要意义。本文以双丝杠同步工作台为研究对象,运用理论计算、有限元分析、机电联合仿真、实验等技术对其进给性能进行分析和实验研究,具体内容如下:(1)在分析双丝杠同步工作台的结构特点与进给原理的基础上,建立双丝杠同步工作台的进给性能分析模型,采用拉格朗日能量法与几何建模方法得到动力学模型与刚柔耦合仿真模型,为后续进给性能研究奠定理论基础并提供分析模型。(2)对双丝杠同步工作台进行性能仿真分析,对动力学模型进行求解,对模态参数进行预测并利用有限元法进一步分析,将动力学模型中的参数代入刚柔耦合仿真模型并进行进给性能仿真,得出不同工艺参数对双丝杠同步工作台进给性能的影响。(3)结合双丝杠同步工作台刚柔耦合仿真模型,研究同步控制策略对双丝杠同步工作台进给性能的影响,搭建刚柔耦合仿真模型与同步控制策略相结合的机电联合仿真模型,研究主从同步控制策略与交叉耦合同步控制策略下的双丝杠同步工作台的进...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NH6300卧式加工中心
武汉理工大学硕士学位论文51.3.2双丝杠进给系统应用现状随着数控机床在向高速度、高精度、高稳定性发展的同时，同步控制技术在高精密数控机床上也得到了越来越广泛的应用。日本精工株式会社（NSK）推出了双驱动用丝杠“TW”系列，该系列丝杠可通过强制冷却使丝杠在高速旋转时的温度上升得到抑制，从而提高丝杠运动的直线度，并且采用了沿丝杠旋转方向的后导向顺畅的循环方式，使其进给性能明显提高[32]。日本精森机最早提出了重心驱动的概念，即使移动物体重心在两根丝杠的中心线上移动。该设计方法减小了系统在运行中的振动，提高了系统运行的稳定性、加工精度和加工效率，并且使刀具使用寿命得到延长。NH6300卧式加工中心作为该公司推出的采取了重心驱动技术的数控机床，其快速移动速度可达到50m/min，适合加工中小批量的难切削材质工件，例如汽车、建筑机械和飞机制造中使用的材质[33]，图1-1为NH6300卧式加工中心。瑞士DIXI公司以生产卧式精密镗床而著名，其研究开发的DHP80卧式加工中心如图1-2所示，进给系统采取双电机重心驱动方式，最大程度上提高了系统运行稳定性，其定位精度高达4μm，最快进给速度达60m/min[34]。图1-1NH6300卧式加工中心图1-2DHP80卧式加工中心国外在设计高精密数控机床的控制系统时，很多系统都添加了同步控制模块，如德国西门子公司的SIMENS840D数控系统[35]、FANC18i、16i和Num1060、SINUMERIK840D数控系统等。DSTechonogie公司开发的SprintZ3数控机床和Heckert公司开发的SMK400机床均采用了SINUMERIK840D数控系统。
武汉理工大学硕士学位论文6国内在双丝杠同步控制技术方面的研究仍处于初级阶段，很多具有双丝杠同步控制功能的机床其核心控制还需要引用国外的技术。2002年齐齐哈尔机床厂[36]通过对德国瓦德里希-科堡公司的数控龙门铣床进行了数控系统技术改造,在西门子840D数控系统的基础上，利用CXK5263车铣复合加工中心实现了Analogaxis功能与GantryAxis功能，并且实现了双电机主从同步控制。目前我国采用双丝杠同步控制的数控机床只有少数几家，如CXK5263车铣复合加工机床，最大回转直径为6300mm，最大加工高度为4000mm，其工作台采用双丝杠结构进行驱动，并利用主从同步控制驱动方式实现对双丝杠的控制，实现了精确定位功能[37]，如图1-3所示。图1-3CXK5263车铣复合加工中心图1-45DMCH63高速精密卧式加工中心南通科技投资集团股份有限公司生产的高速精密卧式加工中心X/Y/Z三轴均采用双丝杠进给系统。数控系统采用SINUMERIK840D系统，其定位精度高达8μm[38]，如图1-4所示。图1-5M/800H落地式铣镗加工中心图1-6重型卧式车床北京机床研究所研发的卧式加工中心如图1-5所示，其最高进给速度可达到40m/min，主轴最高转速为8000r/min，重复定位精度达到2μm。其内部构件采用性能优良的铸件，总体刚度高，运行稳定性优良，其进给系统采取双丝杠对称结
【参考文献】：
期刊论文
[1]卧式加工中心主轴系统温度场分布测试与研究[J]. 曹富荣,马晓波,史安娜. 现代制造技术与装备. 2018(12)
[2]滚珠丝杠进给系统滚动结合部径向动态特性参数辨识[J]. 朱坚民,郑洲洋,胡育佳,周亚南. 中国机械工程. 2018(04)
[3]基于H∞-交叉耦合算法的双驱同步控制[J]. 陈海森,张德新,王继河,邵晓巍,陈国忠. 浙江大学学报(工学版). 2017(01)
[4]神经网络PID控制器的双轴同步控制研究[J]. 赵崇良,沈建新. 机电一体化. 2015(11)
[5]卧式加工中心回转中心及旋转坐标计算[J]. 钟顺智. 金属加工(冷加工). 2015(19)
[6]SINUMERIK 828D数控系统实现双柱立车双刀架同时加工[J]. 李金龙,孙永超. 制造技术与机床. 2015(03)
[7]基于结合部刚度特性的滚珠丝杠进给系统动态特性分析[J]. 朱坚民,张统超,李孝茹. 机械工程学报. 2015(17)
[8]基于滚珠丝杠传动的六自由度平台设计研究[J]. 张淼. 机械传动. 2014(08)
[9]数控机床技术发展现状及趋势初探[J]. 段冶. 科技创新与应用. 2014(01)
[10]永磁同步电机矢量控制解耦方法的研究[J]. 陈修亮,车倍凯. 电气技术. 2013(04)
博士论文
[1]大惯量进给系统动力学特性及其稳定性研究[D]. 吴沁.兰州理工大学 2012
[2]高速进给驱动系统动态特性分析及其运动控制研究[D]. 周勇.华中科技大学 2008
硕士论文
[1]丝杠试验台结合部动力学建模与模态分析[D]. 周杰.西南交通大学 2018
[2]重心驱动进给系统机电耦合建模及性能分析[D]. 李学言.天津大学 2014
[3]立式加工中心Z向双驱直线进给系统静、动特性分析与优化[D]. 杨国维.南京理工大学 2014
[4]重心驱动及导轨结合面参数对机床动力学性能的影响[D]. 杨勇.南京航空航天大学 2010
[5]用西门子840D数控系统改造4.5×17m龙门铣镗床[D]. 谭红.重庆大学 2008
本文编号：2923358
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NH6300卧式加工中心
武汉理工大学硕士学位论文51.3.2双丝杠进给系统应用现状随着数控机床在向高速度、高精度、高稳定性发展的同时，同步控制技术在高精密数控机床上也得到了越来越广泛的应用。日本精工株式会社（NSK）推出了双驱动用丝杠“TW”系列，该系列丝杠可通过强制冷却使丝杠在高速旋转时的温度上升得到抑制，从而提高丝杠运动的直线度，并且采用了沿丝杠旋转方向的后导向顺畅的循环方式，使其进给性能明显提高[32]。日本精森机最早提出了重心驱动的概念，即使移动物体重心在两根丝杠的中心线上移动。该设计方法减小了系统在运行中的振动，提高了系统运行的稳定性、加工精度和加工效率，并且使刀具使用寿命得到延长。NH6300卧式加工中心作为该公司推出的采取了重心驱动技术的数控机床，其快速移动速度可达到50m/min，适合加工中小批量的难切削材质工件，例如汽车、建筑机械和飞机制造中使用的材质[33]，图1-1为NH6300卧式加工中心。瑞士DIXI公司以生产卧式精密镗床而著名，其研究开发的DHP80卧式加工中心如图1-2所示，进给系统采取双电机重心驱动方式，最大程度上提高了系统运行稳定性，其定位精度高达4μm，最快进给速度达60m/min[34]。图1-1NH6300卧式加工中心图1-2DHP80卧式加工中心国外在设计高精密数控机床的控制系统时，很多系统都添加了同步控制模块，如德国西门子公司的SIMENS840D数控系统[35]、FANC18i、16i和Num1060、SINUMERIK840D数控系统等。DSTechonogie公司开发的SprintZ3数控机床和Heckert公司开发的SMK400机床均采用了SINUMERIK840D数控系统。
武汉理工大学硕士学位论文6国内在双丝杠同步控制技术方面的研究仍处于初级阶段，很多具有双丝杠同步控制功能的机床其核心控制还需要引用国外的技术。2002年齐齐哈尔机床厂[36]通过对德国瓦德里希-科堡公司的数控龙门铣床进行了数控系统技术改造,在西门子840D数控系统的基础上，利用CXK5263车铣复合加工中心实现了Analogaxis功能与GantryAxis功能，并且实现了双电机主从同步控制。目前我国采用双丝杠同步控制的数控机床只有少数几家，如CXK5263车铣复合加工机床，最大回转直径为6300mm，最大加工高度为4000mm，其工作台采用双丝杠结构进行驱动，并利用主从同步控制驱动方式实现对双丝杠的控制，实现了精确定位功能[37]，如图1-3所示。图1-3CXK5263车铣复合加工中心图1-45DMCH63高速精密卧式加工中心南通科技投资集团股份有限公司生产的高速精密卧式加工中心X/Y/Z三轴均采用双丝杠进给系统。数控系统采用SINUMERIK840D系统，其定位精度高达8μm[38]，如图1-4所示。图1-5M/800H落地式铣镗加工中心图1-6重型卧式车床北京机床研究所研发的卧式加工中心如图1-5所示，其最高进给速度可达到40m/min，主轴最高转速为8000r/min，重复定位精度达到2μm。其内部构件采用性能优良的铸件，总体刚度高，运行稳定性优良，其进给系统采取双丝杠对称结
【参考文献】：
期刊论文
[1]卧式加工中心主轴系统温度场分布测试与研究[J]. 曹富荣,马晓波,史安娜. 现代制造技术与装备. 2018(12)
[2]滚珠丝杠进给系统滚动结合部径向动态特性参数辨识[J]. 朱坚民,郑洲洋,胡育佳,周亚南. 中国机械工程. 2018(04)
[3]基于H∞-交叉耦合算法的双驱同步控制[J]. 陈海森,张德新,王继河,邵晓巍,陈国忠. 浙江大学学报(工学版). 2017(01)
[4]神经网络PID控制器的双轴同步控制研究[J]. 赵崇良,沈建新. 机电一体化. 2015(11)
[5]卧式加工中心回转中心及旋转坐标计算[J]. 钟顺智. 金属加工(冷加工). 2015(19)
[6]SINUMERIK 828D数控系统实现双柱立车双刀架同时加工[J]. 李金龙,孙永超. 制造技术与机床. 2015(03)
[7]基于结合部刚度特性的滚珠丝杠进给系统动态特性分析[J]. 朱坚民,张统超,李孝茹. 机械工程学报. 2015(17)
[8]基于滚珠丝杠传动的六自由度平台设计研究[J]. 张淼. 机械传动. 2014(08)
[9]数控机床技术发展现状及趋势初探[J]. 段冶. 科技创新与应用. 2014(01)
[10]永磁同步电机矢量控制解耦方法的研究[J]. 陈修亮,车倍凯. 电气技术. 2013(04)
博士论文
[1]大惯量进给系统动力学特性及其稳定性研究[D]. 吴沁.兰州理工大学 2012
[2]高速进给驱动系统动态特性分析及其运动控制研究[D]. 周勇.华中科技大学 2008
硕士论文
[1]丝杠试验台结合部动力学建模与模态分析[D]. 周杰.西南交通大学 2018
[2]重心驱动进给系统机电耦合建模及性能分析[D]. 李学言.天津大学 2014
[3]立式加工中心Z向双驱直线进给系统静、动特性分析与优化[D]. 杨国维.南京理工大学 2014
[4]重心驱动及导轨结合面参数对机床动力学性能的影响[D]. 杨勇.南京航空航天大学 2010
[5]用西门子840D数控系统改造4.5×17m龙门铣镗床[D]. 谭红.重庆大学 2008
本文编号：2923358
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