高性能直驱混联数控机床静刚度分析

发布时间：2022-01-14 01:27

　　基于模块化设计技术,开发了一种由直线电机驱动的高性能混联数控机床,主要由2-DOF并联主轴头和XY工作台两大功能模块组成。以该机床并联主轴模块为研究对象,基于边界元和刚度矩阵组集方法,建立了机床静刚度模型,并编制了刚度计算软件,由此计算得到机床主轴在整个工作空间内位置刚度和旋转刚度的分布。数值仿真表明:该机床具有较好的刚度特性,满足轻切削加工静刚度设计要求。 

【文章来源】：机床与液压. 2020,48(09)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

混联数控机床拓扑结构

在刚度建模过程中,基于边界元方法,将机床并联主轴头简化为多个空间杆-梁单元、移动副单元和旋转副单元的组成体,电主轴和两直线电机动子作为集中质量处理,简化结构如图2所示。为每个节点和单元编号,建立总体坐标系和每个单元局部坐标系,然后求得每个单元在单元局部坐标系中的单元刚度矩阵和坐标转换矩阵,继而得到每个单元在总体坐标系中的单元刚度矩阵。基于刚度矩阵组集方法[6-7],对单元刚度矩阵进行集成,从而得到整体刚度矩阵。由图2可知,简化后的结构由12个节点和12个单元组成。其中,(1)和(10)为移动副单元,(3)、(5)和(8)为转动副单元,其他单元为空间杆-梁单元。

在数值仿真过程中,各单元的截面积、惯性矩由UG实体模型获得,材料弹性模量、泊松比由材料特性定义参数库得到;进给驱动系统伺服静刚度由选用的直线电机经实验获得,Ksj=120 N/μm;其他相关参数值由经验公式计算获得。定义工作空间z∈[200, 520]mm,θ∈[0, 90°],得到并联主轴头在整个工作空间内的刚度分布,如图4所示。图4 机床主轴静刚度空间分布

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单元刚度矩阵的混联机床静刚度研究[J]. 刘悦,汪劲松,王立平.  中国机械工程. 2008(24)
[2]基于刚度组集的混联机床的静刚度分析与优化[J]. 吕亚楠,王立平,关立文.  清华大学学报(自然科学版). 2008(02)
[3]基于轴承及导轨接触刚度的混联机床静刚度研究及优化[J]. 刘悦,汪劲松.  机械工程学报. 2007(09)
[4]直线电机在机床工业中的最新应用及技术分析[J]. 刘泉,张建民,王先逵.  机床与液压. 2004(06)
[5]变轴数控机床刚度研究综述[J]. 付铁,丁洪生,李金泉,庞思勤.  机床与液压. 2003(03)
[6]并联构型装备的研究进展及若干关键技术[J]. 汪劲松,李铁民,段广洪.  中国工程科学. 2002(06)



本文编号：3587532