基于DCG的数控机床进给装置及其动态性能研究

发布时间：2017-09-14 11:44

  本文关键词：基于DCG的数控机床进给装置及其动态性能研究

  更多相关文章： 进给装置 重心驱动 有限元 运动仿真 动态测试

【摘要】：高速机床不仅需要高的主轴转速,还需要高的进给速度,才能显著的提高加工效率。高速进给装置作为高速数控机床的重要组成部分,其动态特性对机床的效率、加工精度和稳定性具有重要影响。本文根据重心驱动原理,对DVG850高速加工中心的十字滑台驱动装置进行优化设计,先后采用了有限元法、虚拟样机运动仿真技术和动态测试三种方法对单滚珠丝杠副驱动进给装置(单驱)、双滚珠丝杠副驱动进给装置(双驱)进行了对比研究。主要内容如下:(1)根据结构振动方程建立了重心驱动(DCG)进给装置工作台的动力学模型,从而求得模型响应的表达式。由表达式分析了进给装置驱动力作用位置与工作台振动变形间的关系;(2)根据设计指标,为设计模型选择了驱动部件的型号,并利用三维设计软件Pro/E进行了相关建模。进而,完成了基于重心驱动原理改进进给装置后的数控机床三维模型。对双驱驱动的滑台(X滑台)进行结构优化,进一步提升进给装置的动态性能;(3)利用ANSYS/Workbench软件对简化后的单驱、双驱进给装置模型进行模态分析和谐响应分析。求得模型的理论模态和正弦干扰力作用下的工作台表面某点的幅值响应,获得了不同设计参数条件下的振动特性;(4)根据多体系统运动学理论,利用ADAMS和ANSYS建立了进给装置的多刚体和刚柔耦合运动仿真分析模型。分别完成了单驱模型和双驱模型的运动仿真分析。获得了相同运动规律条件下,两者的驱动力矩变化规律和进给装置中工作台的振动情况。(5)根据试验模态原理,利用单点拾振法(MISO)进行了锤击测振模态试验。在驱试验平台上,分别测试了单驱、双驱工作台的低阶频率及其对应的振型。利用单向加速度传感器测试了高速运动情况下,与进给装置运动方向垂直方向上的振动。印证了有限元模态分析和ADAMS运动仿真分析结果中的变化规律。
【关键词】：进给装置 重心驱动 有限元 运动仿真 动态测试
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 国内外的研究概况11-14
• 1.2.1 发展现状和趋势11-13
• 1.2.2 动态特性研究内容和方法13-14
• 1.3 研究技术方案14-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-18
• 2 重心驱动动力学模型及有限元分析基础18-26
• 2.1 重心驱动理论的提出18-20
• 2.2 重心驱动的动力学模型20-22
• 2.3 有限元分析基础22-24
• 2.3.1 连续体离散化22
• 2.3.2 动力学问题单元分析22-24
• 2.3.3 整体结构的动力学有限元运动方程24
• 2.4 本章小结24-26
• 3 基于DCG的数控机床模型设计及优化26-38
• 3.1 关键零部件的设计计算26-30
• 3.1.1 滚珠丝杠幅的选型26-29
• 3.1.2 伺服电机的选型29-30
• 3.2 建立数控机床的Pro/e模型30-31
• 3.3 X轴滑台的优化31-37
• 3.3.1 结构优化设计的数学模型31-33
• 3.3.2 利用ANSYS/Workbench结构优化的过程33
• 3.3.3 X轴滑台的结构优化分析33-37
• 3.4 建立进给装置机械结构三维分析模型37
• 3.5 本章小结37-38
• 4 基于ANSYS的进给装置有限元分析38-52
• 4.1 ANSYS软件及分析过程介绍38
• 4.2 确立ANSYS分析模型38-42
• 4.2.1 模型几何尺寸参数确定39-40
• 4.2.2 模型物理参数确定40
• 4.2.3 模型零件结合部参数确定40-42
• 4.3 基于ANSYS/Workbench的进给系统的动力学分析42-50
• 4.3.1 分析模型的建立42-44
• 4.3.2 模型的模态分析44-48
• 4.3.3 模型的谐响应分析48-50
• 4.4 本章小结50-52
• 5 基于ADAMS的进给装置动力学分析52-62
• 5.1 多体动力学分析和ADAMS概述52
• 5.2 利用ADAMS多体动力学分析方法52-55
• 5.2.1 多刚体运动学分析原理52-54
• 5.2.2 多柔体运动学分析54-55
• 5.3 基于ADAMS多体动力学仿真分析模型55
• 5.4 进给系统运动仿真分析55-61
• 5.4.1 进给系统多刚体模型的模型运动仿真分析55-58
• 5.4.2 进给系统的刚柔耦合运动仿真分析58-61
• 5.5 本章小结61-62
• 6 进给系统试验分析62-80
• 6.1 试验模态分析的概述62
• 6.2 试验模态分析理论62-66
• 6.2.1 坐标变换62-63
• 6.2.2 频响函数63-65
• 6.2.3 频响函数与模态参数关系65-66
• 6.3 试验模态分析技术66-69
• 6.3.1 激振系统66-68
• 6.3.2 测量系统68
• 6.3.3 数据采集与处理系统68-69
• 6.4 进给装置工作台试验测试69-78
• 6.4.1 模态试验69-75
• 6.4.2 测振试验75-78
• 6.5 本章小结78-80
• 7 总结与展望80-82
• 7.1 全文总结80-81
• 7.2 展望81-82
• 致谢82-84
• 参考文献84-88
• 攻读学位期间发表的学术论文目录88-89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 秦杰;周福庚;;不同约束条件下的变速器箱体振动模态试验分析[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2009年S1期

2 叶献彬;张东升;冯斌;;基于ADAMS与MATLAB的数控机床伺服进给驱动系统联合仿真[J];机床与液压;2013年15期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 周勇;高速进给驱动系统动态特性分析及其运动控制研究[D];华中科技大学;2008年

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本文编号：849836