基于DCG的数控机床进给装置及其动态性能研究

摘要

高速机床不仅需要高的主轴转速，还需要高的进给速度，才能显著的提高加工效率。高速进给装置作为高速数控机床的重要组成部分，其动态特性对机床的效率、加工精度和稳定性具有重要影响。
　　本文根据重心驱动原理，对 DVG850高速加工中心的十字滑台驱动装置进行优化设计，先后采用了有限元法、虚拟样机运动仿真技术和动态测试三种方法对单滚珠丝杠副驱动进给装置（单驱）、双滚珠丝杠副驱动进给装置（双驱）进行了对比研究。主要内容如下：
　　（1）根据结构振动方程建立了重心驱动(DCG)进给装置工作台的动力学模型，从而求得模型响应的表达式。由表达式分析了进给装置驱动力作用位置与工作台振动变形间的关系;
　　（2）根据设计指标，为设计模型选择了驱动部件的型号，并利用三维设计软件Pro/E进行了相关建模。进而，完成了基于重心驱动原理改进进给装置后的数控机床三维模型。对双驱驱动的滑台（X滑台）进行结构优化，进一步提升进给装置的动态性能；
　　（3）利用 ANSYS/Workbench软件对简化后的单驱、双驱进给装置模型进行模态分析和谐响应分析。求得模型的理论模态和正弦干扰力作用下的工作台表面某点的幅值响应，获得了不同设计参数条件下的振动特性；
　　（4）根据多体系统运动学理论，利用ADAMS和ANSYS建立了进给装置的多刚体和刚柔耦合运动仿真分析模型。分别完成了单驱模型和双驱模型的运动仿真分析。获得了相同运动规律条件下，两者的驱动力矩变化规律和进给装置中工作台的振动情况。
　　（5）根据试验模态原理，利用单点拾振法（MISO）进行了锤击测振模态试验。在驱试验平台上，分别测试了单驱、双驱工作台的低阶频率及其对应的振型。利用单向加速度传感器测试了高速运动情况下，与进给装置运动方向垂直方向上的振动。印证了有限元模态分析和 ADAMS运动仿真分析结果中的变化规律。

目录

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1绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外的研究概况

1.3研究技术方案

1.4本文的主要研究内容

2重心驱动动力学模型及有限元分析基础

2.1重心驱动理论的提出

2.2重心驱动的动力学模型

2.3有限元分析基础

2.4本章小结

3基于DCG的数控机床模型设计及优化

3.1关键零部件的设计计算

3.2建立数控机床的Pro/e模型

3.3 X轴滑台的优化

3.4 建立进给装置机械结构三维分析模型

3.5本章小结

4基于ANSYS的进给装置有限元分析

4.1 ANSYS软件及分析过程介绍

4.2确立ANSYS分析模型

4.3基于ANSYS/Workbench的进给系统的动力学分析

4.4本章小结

5基于ADAMS的进给装置动力学分析

5.1多体动力学分析和ADAMS概述

5.2利用ADAMS多体动力学分析方法

5.3基于ADAMS多体动力学仿真分析模型

5.4进给系统运动仿真分析

5.5本章小结

6进给系统试验分析

6.1试验模态分析的概述

6.2试验模态分析理论

6.3试验模态分析技术

6.4进给装置工作台试验测试

6.5本章小结

7总结与展望

7.1全文总结

7.2展望

致谢

参考文献

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