2.4爬行的建模仿真
根据机床进给系统的简化物理模型图2.2,在ADAMS中建立模型时,应用ADAMS 中的几何建模工具、约束工具和载荷建立了爬行的运动仿真模型[26~32],如图2.3所示, 此模型所有的部件均为刚体,质量分布均匀,其他各种装配间隙和误差均忽略不计。左面红色的方块代表驱动件(电机),右边绿色的方块代表工作台,中间黄色的弹黉代表 滚珠丝杠、轴承、螺母等传动部件,最下面玫瑰色的长方体代表导轨。让驱动件匀速向 右运动,推动弹簧收缩,观察工作台的运动趋势。
由前面2.3对临界爬行速度的推导可知,只有当驱动速度大于爬行的临界速度时, 工作台才不会出爬行,根据(式2.16)中推断出的影响爬行的各个因子,改变爬行因子 的参数来进行分析,可以得到不同的实验参数和分析结果仿真图。
2.4.1不同驱动速度对爬行的影响
表2.1模拟参数表
序号 |
系统的传动刚度 |
系统的阻尼 |
工作台质量 |
静动摩擦系数之差 |
驱动速度 |
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 |
根据表2.1,将每组不同的参数输入到模型2.3中,进行模拟仿真,可以分别得到速 度和加速度仿真图形,如下所示:
比较图2.4中的(a)、(b)、(c)和(d)图,可以看出,图2.4(a)在5s内一直有速度波动, 速度波动幅度最高达到75mm/s以上;图2.4(b)在5s内有波动,速度波动幅度达到50mm/s 以上,相对于图2.4(a)来说,爬行重复周期变短,速度波动幅度变小;图2.4(c)在1.2s内 速度有波动,与图2.4(b)比较看来,速度波动时间明显变短,但是波动速度幅度有所增长; 图2.4(d)在0.5s内速度有少量波动,速度波动幅度在75mm/s以下,过了 0.5s以后迅速到 达给定的驱动速度。由此可以说明,驱动速度越大,越不易产生爬行。
从图2.5中,我们可以看出,速度的改变导致加速度发生了显著的变化。经过分析 可以得出,速度波动越大、波动的时间越长,加速度的波动范围就越大并且波动时间也
越长。在图2.4(d)中爬行控制在0.5s以内,所以图2.5(d)中,加速度波动也在0.5s以内,
波动范围不大。
2.4.2不同静动摩擦系数之差对爬行的影响
表2.2模拟参数表
序号 |
系统的传动刚度 |
系统的阻尼 |
工作台质量 |
静动摩擦系数之差 |
驱动速度 |
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 |
o o o o o n^u ^
5-0-5-0-5-0-lys
根据表2.2,将每组不同的参数代入到图2.3中,进行模拟仿真,分别得到如下仿真 图形:
图2.6不同静动摩擦系数之差下的ADAMS速度仿真图
图2.6(d)中,速度在5s内波动幅度达到220mm/s,而给定的驱动速度是15mm/s,出 现了严重的爬行现象;图2.6(c)比图2.6(d)的爬行频率有所增加,但爬行比较规律,且速 度波动在126mm/s以内,对加工的零件造成的影响比图2.6(d)要小得多;比较图2.6(b) 和图2.6(c),图2.6(b)速度波动时间减少到0.8s以内,速度波动在120mm/s以内,无论是爬行时间还是爬行幅度都相应有所减少;图2.6(a)比较好地把速度和爬行时间分别控制在 了 24mm/s和0.3s之内,基本上抑制住了爬行。由此说明,静动摩擦系数之差越小越好。 下面是不同静动摩擦系数之差下相对应的加速度仿真图:
图2.7不同静动摩擦系数之差下的ADAMS加速度仿真图 由图2.7可以看出,速度波动越大,加速度也会相应的有较大的波动。
2.4.3不同工作台质量对爬行的影响:
表2.3模拟参数表
序号 |
系统的传动刚度 |
系统的阻尼 |
工作台质量 |
静动摩擦系数之差 |
驱动速度 |
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 |
在图2.8(d)中,5s内一直有爬行,爬行较规律,速度波动在Omm/s到130mm/s之间; 图2.8(c)比图2.8(d)中的质量减少10Kg,能明显看出,产生的爬行次数减少;当m=22Kg 时,爬行控制在1.5s之内,速度波动幅度较图2.8(c)有缓解;图2.8(a)中速度只在0.2s与 0.3s之间波动了一次,最高速度在22mm/s之内,基本上控制住了爬行。由此证明,工作 台质量越小,对数控机床不出现爬行有帮助,越能保证数控机床的加工精度。图2.9对 应的是不同工作台质量下加速度仿真图。
2.4.4系统的不同阻尼对爬行的影响
表2.4模拟参数表
序号 |
系统的传动刚度 |
系统的阻尼 |
工作台质量 |
静动摩擦系数之差 |
驱动速度 |
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,
在图2.10中能够看出,系统的阻尼越大,速度波动的时间越短,幅度越小,系统越 稳定。图2.10(d)中只在0.2s和0.3s之间有一次跳动,速度最高达到22mm/s,己经很好的 控制住了爬行。下面是加速度模拟仿真图:
2.4.5系统的不同传动刚度对爬行的影响:
表2.5 |
模拟参数表 |
|
|
|
|
序号 |
系统的传动刚度 |
系统的阻尼 |
工作台质量 |
静动摩擦系数之差 |
驱动速度 |
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 |
取四种不同的系统传动刚度仿真结果表明,当K=800时,系统很快达到稳定的速度 值,在工作台运动平稳前期0.2s?0.3s稍有速度波动;当K=750时,系统速度波动幅度 增加,但是0.5s后很快趋于稳定速度值;当K=597和K=500时,速度波动增大,爬行 现象严重。从此图可以看出系统的刚度对爬行的影响很大,系统刚度越小爬行越严重。
(d)
(c)
根据图2.13的加速度仿真结果,也可能够看出,系统的传动刚度越大,系统越稳定, 越不易产生爬行。
本文采摘自“振动对数控机床进给系统爬行的影响”,因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示,有需要者可以在网络中查找相关文章!本文由伯特利数控整理发表文章均来自网络仅供学习参考,转载请注明!
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