本文選題：進(jìn)給系統(tǒng) + 動(dòng)態(tài)特性��； 參考：《山東大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分,進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要符合特定的條件,從而確保進(jìn)給系統(tǒng)具有優(yōu)異的靜動(dòng)態(tài)性能,最終保證數(shù)控機(jī)床的幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度以及加工精度。隨著數(shù)控機(jī)床不斷向高精度、高速度發(fā)展,進(jìn)給系統(tǒng)的振動(dòng)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(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性研究與結(jié)構(gòu)優(yōu)化一直受到機(jī)床制造廠商和專家學(xué)者們的廣泛關(guān)注。本文結(jié)合國(guó)家重大科技專項(xiàng)"高速龍門五軸聯(lián)動(dòng)加工中心"課題(2012ZX04006-011),采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試與仿真分析相結(jié)合的方式建立進(jìn)給系統(tǒng)的虛擬樣機(jī),開(kāi)展進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)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(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)虛擬樣機(jī),仿真進(jìn)給系統(tǒng)在不同條件下的運(yùn)動(dòng),獲得動(dòng)力學(xué)參數(shù)。利用Ansys與Adams創(chuàng)建進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)虛擬樣機(jī)模型,利用諧響應(yīng)分析得到工作臺(tái)X向的固有頻率。并對(duì)切削以及快速進(jìn)給條件下的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,得到絲杠的驅(qū)動(dòng)力矩,進(jìn)行了進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)匹配性研究。同時(shí)分析了絲杠副接觸剛度、軸承軸向剛度以及工作臺(tái)質(zhì)量對(duì)工作臺(tái)振動(dòng)頻率的影響。其次,結(jié)合仿真模型與實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的振動(dòng)特性進(jìn)行分析研究,獲得其模態(tài)參數(shù)。利用東華DH5922N信號(hào)采集分析系統(tǒng)完成了切削激勵(lì)與快速進(jìn)給條件下的進(jìn)給系統(tǒng)各部分的振動(dòng)響應(yīng)的測(cè)試與分析,通過(guò)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)工作臺(tái)振動(dòng)加速度信號(hào)中的強(qiáng)迫與固有頻率振動(dòng)的成分,與仿真得到的固有頻率進(jìn)行對(duì)比,可以為虛擬樣機(jī)建立的準(zhǔn)確性提供參考。設(shè)計(jì)了模態(tài)測(cè)試方案,完成了模態(tài)測(cè)試;建立了較為準(zhǔn)確的進(jìn)給系統(tǒng)有限元模型,進(jìn)行了模態(tài)分析,得到進(jìn)給系統(tǒng)前六階模態(tài)振型與頻率,確定進(jìn)給系統(tǒng)變形較大的部位,為下一步的進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供指導(dǎo)。最后,利用Workbench對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)與拓?fù)鋬?yōu)化,提高伺服進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。對(duì)工作臺(tái)內(nèi)部筋板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了尺寸優(yōu)化,在工作臺(tái)不增重的前提下提高了工作臺(tái)的固有頻率和剛度。對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)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(duì)工作臺(tái)振動(dòng)頻率的影響程度進(jìn)行了分析。對(duì)床身軸承座安裝部位處的筋板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化,提高了絲杠支承軸承的軸向支承剛度。本研究對(duì)優(yōu)化龍門加工中心進(jìn)給系統(tǒng)和改善機(jī)床靜動(dòng)態(tài)性能,進(jìn)而提升機(jī)床的加工質(zhì)量具有一定的指導(dǎo)意義。
[Abstract]:Feed system is an important part of NC machine tool. The design of feed system should conform to the specific conditions, so as to ensure the excellent static and dynamic performance of the feed system, and finally ensure the geometric accuracy, motion accuracy and machining accuracy of NC machine tool. With the development of NC machine tools to high precision and high speed, the vibration of feed system has become one of the important factors that restrict the improvement of machining center performance and machining precision. Therefore, the dynamic characteristics of feed system and structural optimization have been widely concerned by machine tool manufacturers and experts. In this paper, the virtual prototype of feed system is established by combining experiment test and simulation analysis with the national important science and technology project "High-speed gantry five-axis linkage machining center" project (2012ZX04006-01111). Carry out dynamic characteristic analysis and structure optimization of feed system. The main work is as follows: firstly, the virtual prototype of feed system dynamics is built, and the dynamic parameters are obtained by simulating the movement of feed system under different conditions. The virtual prototype model of feed system dynamics is created by Ansys and Adams, and the natural frequency of the worktable in X direction is obtained by harmonic response analysis. The dynamic analysis of the feed system under the condition of cutting and fast feed is carried out, the driving moment of the lead screw is obtained, and the motor matching performance of the feed system is studied. At the same time, the effects of the contact stiffness of the screw pair, the axial stiffness of the bearing and the quality of the worktable on the vibration frequency of the table are analyzed. Secondly, the vibration characteristics of the feed system are analyzed and studied by combining the simulation model and the experimental test, and the modal parameters are obtained. The vibration response of each part of the feed system under cutting excitation and fast feed is tested and analyzed by using the Donghua DH5922N signal acquisition and analysis system. The components of forced vibration and natural frequency vibration in the vibration acceleration signal of the worktable are found by actual measurement, and compared with the natural frequency obtained by simulation, which can provide a reference for the accuracy of building the virtual prototype. The modal testing scheme is designed, the modal testing is completed, the more accurate finite element model of the feed system is established, the modal analysis is carried out, the first six modal modes and frequencies of the feed system are obtained, and the deformed parts of the feed system are determined. Provides the guidance for the next step feed system structure optimization. Finally, the structure and topology of the feed system are optimized by the Workbench to improve the dynamic characteristics of the servo feed system. The internal stiffened plate structure of the worktable is optimized, and the inherent frequency and stiffness of the worktable are improved without increasing the weight of the worktable. The influence of axial stiffness of the screw nut pair and the supporting bearing pair on the vibration frequency of the table is analyzed. The structure of the stiffened plate at the mounting part of the bearing seat of the bed body is topology optimized, and the axial support stiffness of the leadscrew bearing is improved. This research has certain guiding significance for optimizing the feed system of the gantry machining center and improving the static and dynamic performance of the machine tool and then improving the machining quality of the machine tool.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG659

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本文編號(hào)：2015215