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數控機床爬行的建模仿真
閱讀:119 發布時間:2020-8-122.4爬行的建模仿真
根據機床進給系統的簡化物理模型圖2.2,在ADAMS中建立模型時,應用ADAMS 中的幾何建模工具、約束工具和載荷建立了爬行的運動仿真模型[26~32],如圖2.3所示, 此模型所有的部件均為剛體,質量分布均勻,其他各種裝配間隙和誤差均忽略不計。左面紅色的方塊代表驅動件(電機),右邊綠色的方塊代表工作臺,中間黃色的彈黌代表 滾珠絲杠、軸承、螺母等傳動部件,下面玫瑰色的長方體代表導軌。讓驅動件勻速向 右運動,推動彈簧收縮,觀察工作臺的運動趨勢。
由前面2.3對臨界爬行速度的推導可知,只有當驅動速度大于爬行的臨界速度時, 工作臺才不會出爬行,根據(式2.16)中推斷出的影響爬行的各個因子,改變爬行因子 的參數來進行分析,可以得到不同的實驗參數和分析結果仿真圖。
2.4.1不同驅動速度對爬行的影響
表2.1模擬參數表
序號 | 系統的傳動剛度 | 系統的阻尼 | 工作臺質量 | 靜動摩擦系數之差 | 驅動速度 |
1 | 1000 N/mm | IN.s/mm | 15Kg | 0.05 | 4mm/s |
2 | 1000 N/mm | IN.s/mm | 15Kg | 0.05 | 6mm/s |
3 | 1000 N/mm | IN.s/mm | 15Kg | 0.05 | 9mm/s |
4 | 1000 N/mm | IN.s/mm | 15Kg | 0.05 | lOmm/s |
根據表2.1,將每組不同的參數輸入到模型2.3中,進行模擬仿真,可以分別得到速 度和加速度仿真圖形,如下所示:
比較圖2.4中的(a)、(b)、(c)和(d)圖,可以看出,圖2.4(a)在5s內一直有速度波動, 速度波動幅度高達到75mm/s以上;圖2.4(b)在5s內有波動,速度波動幅度達到50mm/s 以上,相對于圖2.4(a)來說,爬行重復周期變短,速度波動幅度變小;圖2.4(c)在1.2s內 速度有波動,與圖2.4(b)比較看來,速度波動時間明顯變短,但是波動速度幅度有所增長; 圖2.4(d)在0.5s內速度有少量波動,速度波動幅度在75mm/s以下,過了 0.5s以后迅速到 達給定的驅動速度。由此可以說明,驅動速度越大,越不易產生爬行。
從圖2.5中,我們可以看出,速度的改變導致加速度發生了顯著的變化。經過分析 可以得出,速度波動越大、波動的時間越長,加速度的波動范圍就越大并且波動時間也
越長。在圖2.4(d)中爬行控制在0.5s以內,所以圖2.5(d)中,加速度波動也在0.5s以內,
波動范圍不大。
2.4.2不同靜動摩擦系數之差對爬行的影響
表2.2模擬參數表
序號 | 系統的傳動剛度 | 系統的阻尼 | 工作臺質量 | 靜動摩擦系數之差 | 驅動速度 |
l | l000N/mm | IN.s/mm | l5Kg | 0.04 | I5mm/s |
2 | 1000 N/mm | IN.s/mm | l5Kg | 0.06 | I5mm/s |
3 | 1000 N/mm | IN.s/mm | l5Kg | 0.1 | I5mm/s |
4 | 1000 N/mm | IN.s/mm | l5Kg | 0.15 | I5mm/s |
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根據表2.2,將每組不同的參數代入到圖2.3中,進行模擬仿真,分別得到如下仿真 圖形:
圖2.6不同靜動摩擦系數之差下的ADAMS速度仿真圖
圖2.6(d)中,速度在5s內波動幅度達到220mm/s,而給定的驅動速度是15mm/s,出 現了嚴重的爬行現象;圖2.6(c)比圖2.6(d)的爬行頻率有所增加,但爬行比較規律,且速 度波動在126mm/s以內,對加工的零件造成的影響比圖2.6(d)要小得多;比較圖2.6(b) 和圖2.6(c),圖2.6(b)速度波動時間減少到0.8s以內,速度波動在120mm/s以內,無論是爬行時間還是爬行幅度都相應有所減少;圖2.6(a)比較好地把速度和爬行時間分別控制在 了 24mm/s和0.3s之內,基本上抑制住了爬行。由此說明,靜動摩擦系數之差越小越好。 下面是不同靜動摩擦系數之差下相對應的加速度仿真圖:
圖2.7不同靜動摩擦系數之差下的ADAMS加速度仿真圖 由圖2.7可以看出,速度波動越大,加速度也會相應的有較大的波動。
2.4.3不同工作臺質量對爬行的影響:
表2.3模擬參數表
序號 | 系統的傳動剛度 | 系統的阻尼 | 工作臺質量 | 靜動摩擦系數之差 | 驅動速度 |
1 | 1000 N/mm | IN.s/mm | 10Kg | 0.05 | 15mm/s |
2 | 1000 N/mm | IN.s/mm | 22Kg | 0.05 | 15mm/s |
3 | 1000 N/mm | IN.s/mm | 3〇Kg | 0.05 | 15mm/s |
4 | 1000 N/mm | IN.s/mm | 40Kg | 0.05 | 15mm/s |
在圖2.8(d)中,5s內一直有爬行,爬行較規律,速度波動在Omm/s到130mm/s之間; 圖2.8(c)比圖2.8(d)中的質量減少10Kg,能明顯看出,產生的爬行次數減少;當m=22Kg 時,爬行控制在1.5s之內,速度波動幅度較圖2.8(c)有緩解;圖2.8(a)中速度只在0.2s與 0.3s之間波動了一次,高速度在22mm/s之內,基本上控制住了爬行。由此證明,工作 臺質量越小,對數控機床不出現爬行有幫助,越能保證數控機床的加工精度。圖2.9對 應的是不同工作臺質量下加速度仿真圖。
2.4.4系統的不同阻尼對爬行的影響
表2.4模擬參數表
序號 | 系統的傳動剛度 | 系統的阻尼 | 工作臺質量 | 靜動摩擦系數之差 | 驅動速度 |
l | l000N/mm | 0.006N.s/mm | l5Kg | 0.05 | I5mm/s |
2 | l000N/mm | 0.05N.s/mm | l5Kg | 0.05 | I5mm/s |
3 | lOOON/mm | O.lN.s/mm | l5Kg | 0.05 | I5mm/s |
4 | lOOON/mm | 5 N.s/mm | l5Kg | 0.05 | I5mm/s |
(d,
在圖2.10中能夠看出,系統的阻尼越大,速度波動的時間越短,幅度越小,系統越 穩定。圖2.10(d)中只在0.2s和0.3s之間有一次跳動,速度高達到22mm/s,己經很好的 控制住了爬行。下面是加速度模擬仿真圖:
2.4.5系統的不同傳動剛度對爬行的影響:
表2.5 | 模擬參數表 |
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序號 | 系統的傳動剛度 | 系統的阻尼 | 工作臺質量 | 靜動摩擦系數之差 | 驅動速度 |
l | 800N/mm | IN.s/mm | l5Kg | 0.05 | I5mm/s |
2 | 750N/mm | IN.s/mm | l5Kg | 0.05 | I5mm/s |
3 | 597 N/mm | IN.s/mm | l5Kg | 0.05 | I5mm/s |
4 | 500N/mm | IN.s/mm | l5Kg | 0.05 | I5mm/s |
取四種不同的系統傳動剛度仿真結果表明,當K=800時,系統很快達到穩定的速度 值,在工作臺運動平穩前期0.2s?0.3s稍有速度波動;當K=750時,系統速度波動幅度 增加,但是0.5s后很快趨于穩定速度值;當K=597和K=500時,速度波動增大,爬行 現象嚴重。從此圖可以看出系統的剛度對爬行的影響很大,系統剛度越小爬行越嚴重。
(d)
(c)
根據圖2.13的加速度仿真結果,也可能夠看出,系統的傳動剛度越大,系統越穩定, 越不易產生爬行。
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