龍門加工中心進給系統(tǒng)動態(tài)特性分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、進給系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分，進給系統(tǒng)的設(shè)計要符合特定的條件，從而確保進給系統(tǒng)具有優(yōu)異的靜動態(tài)性能，最終保證數(shù)控機床的幾何精度、運動精度以及加工精度。隨著數(shù)控機床不斷向高精度、高速度發(fā)展，進給系統(tǒng)的振動成為制約加工中心性能改善及加工精度提高的重要因素之一。因此，對進給系統(tǒng)進行動態(tài)特性研究與結(jié)構(gòu)優(yōu)化一直受到機床制造廠商和專家學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
　　本文結(jié)合國家重大科技專項“高速龍門五軸聯(lián)動加工中心”課題(2012ZX04006-

2、011)，采用實驗測試與仿真分析相結(jié)合的方式建立進給系統(tǒng)的虛擬樣機，開展進給系統(tǒng)的動態(tài)特性分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作。完成的主要工作如下:
　　首先，建立進給系統(tǒng)動力學(xué)虛擬樣機，仿真進給系統(tǒng)在不同條件下的運動，獲得動力學(xué)參數(shù)。利用Ansys與Adams創(chuàng)建進給系統(tǒng)動力學(xué)虛擬樣機模型，利用諧響應(yīng)分析得到工作臺X向的固有頻率。并對切削以及快速進給條件下的進給系統(tǒng)進行了動力學(xué)分析，得到絲杠的驅(qū)動力矩，進行了進給系統(tǒng)電機匹配性研究。同時分析了絲杠

3、副接觸剛度、軸承軸向剛度以及工作臺質(zhì)量對工作臺振動頻率的影響。
　　其次，結(jié)合仿真模型與實驗測試對進給系統(tǒng)的振動特性進行分析研究，獲得其模態(tài)參數(shù)。利用東華DH5922N信號采集分析系統(tǒng)完成了切削激勵與快速進給條件下的進給系統(tǒng)各部分的振動響應(yīng)的測試與分析，通過實測發(fā)現(xiàn)工作臺振動加速度信號中的強迫與固有頻率振動的成分，與仿真得到的固有頻率進行對比，可以為虛擬樣機建立的準(zhǔn)確性提供參考。設(shè)計了模態(tài)測試方案，完成了模態(tài)測試;建立了較為準(zhǔn)確的

4、進給系統(tǒng)有限元模型，進行了模態(tài)分析，得到進給系統(tǒng)前六階模態(tài)振型與頻率，確定進給系統(tǒng)變形較大的部位，為下一步的進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供指導(dǎo)。
　　最后，利用Workbench對進給系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)與拓撲優(yōu)化，提高伺服進給系統(tǒng)動態(tài)特性。對工作臺內(nèi)部筋板結(jié)構(gòu)進行了尺寸優(yōu)化，在工作臺不增重的前提下提高了工作臺的固有頻率和剛度。對進給運動傳動鏈中絲杠螺母副以及絲杠兩端的支承軸承副的軸向剛度對工作臺振動頻率的影響程度進行了分析。對床身軸承座安裝部位處