基于机电建模的加工中心轴间耦合问题


伯特利数控 加工中心  钻攻中心  

 前言:

 当前针对加工中心整机动态特性的研究,常围绕模态和动柔度展开-_ :柔度表征在理想切削力作用下•刀尖点处刀具与工件的相对位移,其幅值大小与加工精度密切相关,切削力及刀具与工件的相对位移均包含三向分量,当激励响应异向的动柔度与激励响应同向的动柔度幅值相当时.可认为机床存在“轴间耦合”现象。现有研究通常忽略动柔度矩阵中的非对角项[3],缺乏对加工中心各向动态特性的完整描述。

研究轴间耦合问题需要对加工中心进行准确建模

有限兀分析(finite element analysis, FEA)方法是加工中心结构动态特性研究的主流方法,其中加工中心结合部需要进行重点考虑丝杠螺母、导轨滑块、主轴轴承等运动结合部常用单个或多个弹簧阻尼单元等效•而主轴刀柄、地脚螺栓和定位胶等固定结合部常用弹簧阻尼单元或虚拟介质等效_1,并结合模态分析等实验方法进行结合部参数辨识:整机有限元模型主要用于模态、结构动柔度、装配预压等问题的仿真分析:

由于加工中心各轴伺服控制系统与整机结构低阶振动耦合::: •机械振动在限制进给系统带宽的同时,控制环特性也会对加工中心动柔度产生影响,有限元建模得到的结构动柔度无法准确预测实际加工中刀尖点的动柔度.因此在加工中心设计过程中需要建立机械.控制.加工三位一体的动力学模型,当前加工中心机电联合建模的主流方法有子系统简化法和软件集成法[2],前者侧重研究机械系统或控制系统的等效处理,后者侧重研究仿真软件间的接口,国内文献多利用机电模型研究加工中心运动特性1 11 12],对机收稿日期:2016-05-26

基金项目:国家科技重大专项2009ZX04002-021)作者简介:赵彤1972—),男,副研究员。

E-mail zhaotong@tsinghua. edu. cn

床振动特性的分析鲜有涉及•而国外文献尽管关注了控制环对动柔度的影响•但缺乏对机电系统轴间耦合问题的研究

本文建立了一台双驱进给平台的有限元模型,结合模态实验和频响实验研究了其机械系统的轴间耦合问题;提出了一种用传递函数组等效结构动态特性的加工中心机电联合仿真建模方法,分别建立了一台双驱卧式加工中心的有限元模型、进给轴控制环模型和整机机电模型•并以此研究了其机械系统和机电系统的轴间耦合问题,定性分析了耦合产生的原因及其对加工中心动态特性及控制环参数选择的影响。

1单轴双驱进给平台有限元建模

串联式加工中心一般有三向进给轴。本文首先利用一台双驱进给平台TCB1研究单轴进给系统.其主要结构件为工作台和床身.如图I所示,利用ANSYS Workbench对该进给平台进行有限元建模•将工件.电机座和轴承座处的螺栓结合部等效为固连,而将加工中心地脚结合部、导轨滑块结合部和丝杠轴系结合部分别等效为三向、两向和单向弹簧阻尼单元。首先•借助文9中的经验公式和相关数据库对结合部参数进行预设,再根据进给平台有限元仿真、模态实验和频响实验结果,对结合部的刚度参数和阻尼参数进行修正,直至仿真结果满足误差要求,修正后的部分结合部参数如表1所示,由于进给平合整体质量分布不均,因此同类型的结合部在不同位置处的参数也有所不同:

确定所有结合部参数后•可建立Tcm进给平台完整的有限元模型:相应的模态实验采用PCB公司的㈠SlU)5n力锤和356A16三向加速度传感器进行信号激励和采集•采用LMS SCADAS数据采集前端和:Vst.Lab软件进行信号处理和数据分析-如图2a所示:实验采用移动力锤法•用个点完全构建进给平台几何轮廓•且在床身、工作台与工件上均布置传感器。两阶模态振型实验结果不例如图2b2c所示。

伯特利数控 备注:为保证文章的完整度,本文核心内容都PDF格式显示,如未有显示请刷新或转换浏览器尝试,手机浏览可能无法正常使用!


结束语:

 本文利用有限元建模方法分别研究了 TCBL单轴进给平台和MC H (33卧式加工中心整机的轴间耦合问题,并用模态实验和频响实验验证了进给平台有限元模型的准确性;提出了一种用传递函数组等效机械结构的加工中心整机机电联合建模方法,并以此研究了 MCHM卧加整机机电系统的轴间耦合问题,得到以下主要结论:加工中心存在某些模态振型引起刀具或工件在多方向的变形•则在相应固有频率附近,整机机械系统和机电系统的轴间耦合作用较强•由异向激励引起的变形不可忽略•且受异向进给控制参数的影响:因此•在进行加工中心动柔度研究和控制参数的选择时,轴间耥合问题必须予以考虑

 

 

伯特利数控是一家集销售、应用及服务于一体的公司。产品包括:CNC加工中心钻攻中心龙门加工中心雕铣机石墨机五轴加工中心立式加工中心卧式加工中心等。我们机床的生产工厂设在广东省东莞市,目前其生产的加工中心70%出口,其中出口到欧洲占到50%。我们尽心、尽力、尽意的服务!

 声明:本站文章均来自网络,所有内容不代表本站观点,本站不承担任何法律责任!

标签: 加工中心  
分类: 加工中心  
上一篇基于高职CNC加工中心故障诊断与维修课程教学实践研究
下一篇基于球杆仪位姿的加工中心回转台几何误差辨识研究

加工中心  相关内容

——

16

2018-10

超重型数控龙门移动加工中心设计

0 引言近年来,我国机械工业进入高速发展阶段,机械市场对重型机床、超重型机床要求明显提升。为了满足市场需求,就一定要提升超重型数控龙门移动加工中心效能,对其设计进行深入研究。同时提高超重型数控龙门移动加工中心加工能力,有利于提高我国工业实力和基础装配的制造实力,满足我国冶金业、电… [了解更多]

16

2018-10

数控龙门加工中心专项修理方案

1 设备简介XK2130 数控龙门镗加工中心,武汉重型机床厂生产,2007 年到货,2009 年9 月安装调试完成投入生产,工作节奏为两班制, 设备总体状况良好,目前在用,未进行过大修。2 设备现状说明目前设备的几何精度及位置精度超差,使精密工件及精加工工件不能满足图纸要求 [1… [了解更多]

15

2018-10

龙门五面加工中心数控精度恢复探索实施

1 背景介绍数控机床做为一种高精度、高效率、稳定性强的自动化加工设备,已经成为机械行业必不可少的现代化技术装置。数控机床的数控精度是影响其高精度性能的一个重要方面,因而也是数控机床确保加工过程中精度的一个重要项目。公司 08 年购买的 TKA57200X400 型数控龙门五面加工… [了解更多]

15

2018-10

HNC-21M系统用于镗铣加工中心再制造

福建浔兴拉链科技股份有限公司于 2006 年向武汉华中数控系统有限公司购买的 XK731 数控镗加工中心,采用华中Ⅰ型 HC- NC-IHA 数控系统控制。该系统是由华中数控系统有限公司研制开发的基于PC-NC 的经济型数控系统,其结构是在个人 PC 计算机(486 以上)安装控… [了解更多]

31

2018-07

加工中心精度调整检查表C04-022

加工中心精度调整检查表机床型号:机床编号:检查日期:检查项目测试方法与图表容许差mm测量值判定签字Z轴相对于XY轴垂直度用直角规测量X、Y轴最大差值Z轴相对于测量圆筒X轴倾斜度0.01/300mmZ轴相对于测量圆筒Y轴倾斜度0.01/300mmZ轴相对于工作台顶面平行度Z轴相对于… [了解更多]


产品中心

——