4利用振动抑制爬行的仿真分析
4.1加入模拟振动源分析爬行
根据爬行的ADAMS仿真模型,在导轨加入模拟振动源[46~52]来模拟在现实中机床在 工作时导轨出现振动。基于ADAMS中的View平台,在导轨上添加移动副,加入驱动 速度,调整合适的速度参数,设置驱动速度仍为8mm/s,工作台质量15Kg,静动摩擦系数 之差为0.05,系统的弹簧刚度和阻尼分别为1000N/mm和IN.s/mm ,后加入的移动副参 数设置最初值为零,在此参数下仿真结果图和图3.2完全一致。添加了移动副的ADAMS 模型图如下所示:
图4.1加入振动源的爬行ADAMS仿真模型
将图4.2与图3.2比较可以看出,通过在导轨上加入虚拟振动源能够改善爬行,模型 在自身运动出现爬行现象时,导轨不断输入模拟的振动源来抵消模型自身产生的振动, 来减少爬行。在振幅不变的情况下,单纯分析频率,在一定周期内,频率越大对改善爬 行越有帮助,可以预计到,在不同的周期中不同频率会对爬行造成不同的影响。在图4.2(a) 中,当运动函数为sin(8t)时,进给系统在4.53s以前出现持续的速度波动,4.53s以后速 度波动消失,速度趋于稳定,且速度波动最高达到79.61mm/s,其加速度曲线图对应图 4.3(a)从图中可以看出正向加速度和反向加速度最大值分别为25135mm/s_2和-9903mm/s_2; 图4.2(b)当运动函数为sin(15t)时,进给系统在2.4s以前出现持续的速度波动,2.4s以后 速度趋于稳定,且速度波动最高值为89.63mm/s,对应图4.3(b)从图中可以看出正向加速度 和反向加速度最大值分别为21832mm^2和-14658mm/s'图4.2(c)当运动函数为sin(18t) 时进给系统在1.83s以前出现持续的速度波动,1.83s以后速度趋于平稳达到驱动速度, 且速度波动出现的最高值为69.52mm/s对应图4.3(c)从图中可以看出正向加速度和反向加 速度最大值分别为19375mm^2和-18450mm^2;图4.2(d)当运动函数为sin(24t),进给系 统在0.7s以前出现速度波动,0.7s以后速度波动消失,达到了预设的驱动速度,且速度 波动出现的最高值为38.47mm/s,对应图4.3(d)从图中可以看出正向加速度和反向加速度 最大值分别为 18999mm/s_2 和-9022mm/s_2。
根据图4.2和图4.3的比较分析后,将频率从8到24 (总共17个频率值)依次进行 仿真,通过对频率从8到24的运动分析得到了频率与爬行持续时间的关系曲线图如图 4.4所示;频率与速度波动时最高速度的关系曲线图,如图4.5所示;以及频率与最大正 向加速度和反向加速度的关系曲线图,如图4.6所示。
从图4.4中可以看出,随着频率的增大,振动持续的时间与频率关系呈现不规则的 变化,但是总体上看,却是先减小后增大再减小的波动状态,在图中频率为9和17对应 的振动持续时间为5s,说明在整个仿真时间断内,系统一直处于爬行状态,而且从图4.4 也可以看出,当频率为12时振动持续的时间最短;从图4.5可以看出,速度波动的最高 速度与频率的关系也是呈现不规则的变化,可以看出当频率为9、15和17时最高速度都 达到了 90mm/S,并且在整个频率变化的过程中,出现了多次不同频率却有着相同最高波 动速度的情况,如频率为13与14及频率为21与22时的情况,这也说明了,改变频率 不一定会改变速度波动的最高值,并且图4.5显示,当频率为12时速度波动的最高值最 小;从图4.6中可以看出:相比较正向最大加速度变化,反向最大加速度变化相对较稳 定,在频率为11和12时正向最大加速度最小,且频率为12与频率为13时及频率为10与频率为11的正向最大加速度变化率最大,当频率为22时系统反向最大加速度最小, 通过图4.4到图4.6三幅图的综合分析可以看出,当频率为12时,不仅进给系统的振动 持续时间最短,而且速度波动的最高值也是最小的,由此可知在所选的17组频率中,当 频率为12时,振动对爬行现象的改善效果最好。图4.7为当频率为12时系统的速度变 化曲线图(左)和加速度变化曲线图(右)。
为了进一步细化改变加入振动频率对系统爬行现象的改善效果,对频率为12附近的 频率进行深入分析,将频率分别设定为11.7、11.8、11.9、12、12.1、12.2、12.3,则仿真 对应的速度变化曲线图如图4.8所示(频率为12的速度变化曲线图如图4.7 (左))。
从图4.8可以看出当频率为11.7和12.3时系统的速度波动很大,而且几乎存在于整 个仿真时间段内,即这两个频率的爬行现象明显,当频率为12.2时爬行持续时间为2s, 而频率在11.8到12.1之间时系统的速度变化处于稳定状态。所以通过分析发现,当加入 的振动频率保持在11.8到12.1之间时系统的爬行现象改善效果最好。从加速度变化曲线 图也可以得到相同的结论,如图4.9所示。
图4.9不同频率下系统加速度变化曲线图
通过以上的分析可以看出:在运用同振幅不同频率的振动来改善进给系统爬行的过 程中,选择不同的频率对爬行改善效果变化较大,规律表现不明显,通过对选择频率8 到24区间内的运动进行仿真模拟,发现当频率为12时振动对机床进给系统的爬行现象 改善最明显,进一步对频率12附近的频率进行细化分析发现,当振动的频率选择在11.8 到12.1之间时对爬行现象的改善可以得到很好的效果。即通过上述仿真得到了同振幅下 频率的最优区间为11.8到12.1。
当振动函数设置为4sin(8t)时,爬行持续时间为2.73s,在爬行 持续时间内,速度波动最大值为88.48mm/s,期间对应的加速度变化曲线如图4.11中的 4sin(8t),图中显不正向最大加速度为18918mm/s2,反向最大加速度为-11679mm/s2;当 振动函数设置为9sin(8t)时,爬行持续时间为3.17s,在爬行持续时间内,速度波动最大值 为69.31mm/s,期间对应的加速度变化曲线如图4.11中的9sin(8t),图中显示正向最大加速 度为18738mm/s2,反向最大加速度为-17895mm/s2;当振动函数设置为16sin(8t)时,爬行 持续时间为2.3s,在爬行持续时间内,速度波动最大值为78.49mm/s,期间对应的加速度 变化曲线如图4.11中的16sin(8t),图中显示正向最大加速度为25037mm/s2,反向最大加 速度为-11911mm/s2;当振动函数设置为21sin(8t)时,爬行持续时间为5s,即在仿真的整 个时间段内,系统爬行现象并未消失,在爬行持续时间内,速度波动最大值为69.31mm/s, 期间对应的加速度变化曲线如图4.11中的21sin(8t),图中显示正向最大加速度为 19499mm/s2,反向最大加速度为-14382mm/s2。根据上面的变化规律,将频率为8且幅值 为4到21的17组数据进行仿真分析,根据每组不同频率的结果,绘制了幅值与爬行持 续时间关系曲线如图4.12所示、幅值与速度波动最大值关系曲线如图4.13所示以及幅值 与正向最大加速度和反向最大加速度变化曲线。
随着幅值的变化,爬行持续的时间处于波动状态,即改变幅值对 于爬行持续时间并不能找出一定的规律性变化,图中爬行持续时间超过5s时意味着在整 个仿真时间段内,爬行现象并未消失,对应设定的参数并不能消除或改善爬行现象。然 而在选择的17组幅值中,当幅值为7和20时爬行持续时间相近且最短,其次是幅值为 6和17时的爬行持续时间较短。从图4.13中可以看出当幅值为6时速度波动的最大值最 小,其次是幅值为20时的速度波动最大值较小。从图4.14可以看出当幅值为20时爬行 过程中最大正向加速度和最大反向加速度最小。故综合图412到图4.14的分析可以得出, 在选择的17组幅值中,当幅值为20时,产生的振动对机床进给系统爬行现象改善效果 最好。当加入振动的幅值为20时,机床进给系统的速度变化曲线如图4.15 (a),加速 度变化曲线如图4.15 (b)。
图4.15运动函数设定为20sin (8t)时系统进给速度和加速度变化曲线
比较图4.2 (a),图4.3 (a)和图4.15可以看出,当输入振动振幅为20时对系统爬
行有很好的改善效果。
为了进一步细化改变加入的振动振幅对系统爬行现象的改善效果,对振幅为20附近 的振幅进行深入分析,振幅设定分别为19.7、19.8、19.9、20、21.1、21.2、21.3,则仿真 对应的速度变化曲线图如图4.16所示(幅值为20的速度变化曲线图如图4.15 (a))。
由图4.16及图4.15 (a)可以看出在幅值小于20和大于20.1时,系统爬行现象明 显,而当幅值在20到20.1之间时,爬行持续时间最短,速度变化最小,所以得到了当 输入的振动频率为8时改善爬行现象最优的幅值范围为20到20.1。通过对不同幅值速度 曲线的分析,相对应的加速度的变化曲线也可以得到相同的结论,如图4.17所示。
通过4.1.1节和4.1.2节的分析发现,改变加入振动的频率和幅值可以起到改善机床 进给系统的爬行现象,并且在所选的17组频率和17组幅值仿真中发现,当输入函数为 sin (12t)时改善效果最好。根据函数sin (12t)时的仿真结果,我们下面进一步对它的 最优幅值进行进一步讨论,从而得出在最优的频率基础上改善爬行效果最好的幅值的取 值范围。下面分别取sin (12t)的幅值分别为0.9、0.91、0.99、1、1.01、1.09、1.1,得 到幅值在0.9到1.1之间时的系统进给速度变化曲线如图4.18和系统进给加速度变化曲 线如图4.19。
从图4.18和4.19可以看出当输入振动函数为sin (12t)时,幅值在大于0.91到小于 1.09之间时,系统的进给速度变化曲线和加速度的变化曲线保持不变,即幅值在这个范 围内爬行现象是相对稳定的。
综合对运动函数为sin (12t)的分析可知:当幅值在0.91到1.09,频率在11.8到12.1
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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