高速数控机床进给系统结构的优化与仿真

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随着数控机床不断向高速度、高精度方向发展。机床工作台高速驱动引发的振动、精度保持性以及机床运动的平稳性等问题越来越受到人们关注。传统数控机床工作台驱动结构的布局,很大程度考虑机床的运动功能而采用了便于实现功能的结构,由于速度低、精度不高,因此,由机床运动引起的振动对加工质量的影响不大。高速度机床工作台的运动速度大于60m/min,其加速度超过的1.5g,因此,偏心的驱动力一方面使所需要的驱动力矩加大,造成安装结构大,更主要的是由于驱动力的不均衡以及导轨间隙的存在,而造成工作台运动过程振动,从而产生噪音、运动不平稳,并且影响零件的加工质量,使工作环境恶化。本文提出重心驱动结构作为机床的进给系统驱动方式以解决机床在高速进给的情况下,由于驱动力未能准确的作用工件组件的重心而产生的扭转运动趋势的问题,防止机床产生振动,机床构件发生弯曲变形。本文以三维建模软件solidworks和动力学分析软件adams作为工具,对重心驱动结构的滚珠丝杠进给传动与驱动方式建立了力学模型,在深入研究数控机床技术理论基础上。建立了进给系统的重心驱动结构工作台的参数化模型,并对其进行了一系列的试验和优化。完成重心驱动结构的DVG850高速立式加工中心的整体动力学仿真平台。主要工作有:(1)查阅高速数控机床进给系统驱动结构现有形式的相关文献,分析各种结构之间的优劣,确定使用重心驱动形式的驱动进给机构,并建立相关物理模型。(2)运用相关力学知识,建立Y轴进给机构的数学模型。(3)对建立的模型进行振动分析,输出其固有频率和幅频响应图。对动力学模型进行参数化,以固有频率和幅频响应为优化目标,分析参数变化对系统固有频率的影响,得到最优结构参数。对动力学模型进行动力响应分析,比较重心驱动结构和单丝杠进给结构的差别。(4)利用solidworks三维建模软件,设计出便于驱动合力作用于工作组件重心的滑座结构。并完成整体模型的建立。(5)利用adams动力学分析软件,实现了DVG850高速立式加工中心进给驱动机构的完整的动力学仿真模型。本论文的创新点在于:提出一种基于重心驱动机理的高速数控机床进给系统丝杠传动结构新的布局方式。运用动力学分析软件ADAMS建立该机构的力学模型,并对其进行了参数化分析与研究;设计出DCG850高速立式加工中心工作台进给系统的仿真模型。
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