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2.4爬行的建模仿真

根據(jù)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的簡(jiǎn)化物理模型圖2.2,在ADAMS中建立模型時(shí)，應(yīng)用ADAMS 中的幾何建模工具、約束工具和載荷建立了爬行的運(yùn)動(dòng)仿真模型[26~32]，如圖2.3所示，此模型所有的部件均為剛體，質(zhì)量分布均勻，其他各種裝配間隙和誤差均忽略不計(jì)。左面紅色的方塊代表驅(qū)動(dòng)件（電機(jī)），右邊綠色的方塊代表工作臺(tái)，中間黃色的彈黌代表滾珠絲杠、軸承、螺母等傳動(dòng)部件，最下面玫瑰色的長(zhǎng)方體代表導(dǎo)軌。讓驅(qū)動(dòng)件勻速向右運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)彈簧收縮，觀察工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

由前面2.3對(duì)臨界爬行速度的推導(dǎo)可知，只有當(dāng)驅(qū)動(dòng)速度大于爬行的臨界速度時(shí)，工作臺(tái)才不會(huì)出爬行，根據(jù)（式2.16)中推斷出的影響爬行的各個(gè)因子，改變爬行因子的參數(shù)來進(jìn)行分析，可以得到不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)和分析結(jié)果仿真圖。

2.4.1不同驅(qū)動(dòng)速度對(duì)爬行的影響

表2.1模擬參數(shù)表

序號(hào)	系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度	系統(tǒng)的阻尼	工作臺(tái)質(zhì)量	靜動(dòng)摩擦系數(shù)之差	驅(qū)動(dòng)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

根據(jù)表2.1，將每組不同的參數(shù)輸入到模型2.3中，進(jìn)行模擬仿真，可以分別得到速度和加速度仿真圖形，如下所示：

比較圖2.4中的(a)、（b)、（c)和(d)圖，可以看出，圖2.4(a)在5s內(nèi)一直有速度波動(dòng)，速度波動(dòng)幅度最高達(dá)到75mm/s以上;圖2.4(b)在5s內(nèi)有波動(dòng)，速度波動(dòng)幅度達(dá)到50mm/s 以上，相對(duì)于圖2.4(a)來說，爬行重復(fù)周期變短，速度波動(dòng)幅度變小；圖2.4(c)在1.2s內(nèi) 速度有波動(dòng)，與圖2.4(b)比較看來，速度波動(dòng)時(shí)間明顯變短，但是波動(dòng)速度幅度有所增長(zhǎng)；圖2.4(d)在0.5s內(nèi)速度有少量波動(dòng)，速度波動(dòng)幅度在75mm/s以下，過了 0.5s以后迅速到達(dá)給定的驅(qū)動(dòng)速度。由此可以說明，驅(qū)動(dòng)速度越大，越不易產(chǎn)生爬行。

從圖2.5中，我們可以看出，速度的改變導(dǎo)致加速度發(fā)生了顯著的變化。經(jīng)過分析可以得出，速度波動(dòng)越大、波動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)，加速度的波動(dòng)范圍就越大并且波動(dòng)時(shí)間也

越長(zhǎng)。在圖2.4(d)中爬行控制在0.5s以內(nèi)，所以圖2.5(d)中，加速度波動(dòng)也在0.5s以內(nèi)，

波動(dòng)范圍不大。

2.4.2不同靜動(dòng)摩擦系數(shù)之差對(duì)爬行的影響

表2.2模擬參數(shù)表

序號(hào)	系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度	系統(tǒng)的阻尼	工作臺(tái)質(zhì)量	靜動(dòng)摩擦系數(shù)之差	驅(qū)動(dòng)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

根據(jù)表2.2,將每組不同的參數(shù)代入到圖2.3中，進(jìn)行模擬仿真，分別得到如下仿真圖形：

圖2.6不同靜動(dòng)摩擦系數(shù)之差下的ADAMS速度仿真圖

圖2.6(d)中，速度在5s內(nèi)波動(dòng)幅度達(dá)到220mm/s，而給定的驅(qū)動(dòng)速度是15mm/s，出現(xiàn)了嚴(yán)重的爬行現(xiàn)象；圖2.6(c)比圖2.6(d)的爬行頻率有所增加，但爬行比較規(guī)律，且速度波動(dòng)在126mm/s以內(nèi)，對(duì)加工的零件造成的影響比圖2.6(d)要小得多；比較圖2.6(b) 和圖2.6(c)，圖2.6(b)速度波動(dòng)時(shí)間減少到0.8s以內(nèi)，速度波動(dòng)在120mm/s以內(nèi)，無論是爬行時(shí)間還是爬行幅度都相應(yīng)有所減少；圖2.6(a)比較好地把速度和爬行時(shí)間分別控制在了 24mm/s和0.3s之內(nèi)，基本上抑制住了爬行。由此說明，靜動(dòng)摩擦系數(shù)之差越小越好。下面是不同靜動(dòng)摩擦系數(shù)之差下相對(duì)應(yīng)的加速度仿真圖：

圖2.7不同靜動(dòng)摩擦系數(shù)之差下的ADAMS加速度仿真圖由圖2.7可以看出，速度波動(dòng)越大，加速度也會(huì)相應(yīng)的有較大的波動(dòng)。

2.4.3不同工作臺(tái)質(zhì)量對(duì)爬行的影響：

表2.3模擬參數(shù)表

序號(hào)	系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度	系統(tǒng)的阻尼	工作臺(tái)質(zhì)量	靜動(dòng)摩擦系數(shù)之差	驅(qū)動(dòng)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

在圖2.8(d)中，5s內(nèi)一直有爬行，爬行較規(guī)律，速度波動(dòng)在Omm/s到130mm/s之間；圖2.8(c)比圖2.8(d)中的質(zhì)量減少10Kg,能明顯看出，產(chǎn)生的爬行次數(shù)減少；當(dāng)m=22Kg 時(shí)，爬行控制在1.5s之內(nèi)，速度波動(dòng)幅度較圖2.8(c)有緩解；圖2.8(a)中速度只在0.2s與 0.3s之間波動(dòng)了一次，最高速度在22mm/s之內(nèi)，基本上控制住了爬行。由此證明，工作臺(tái)質(zhì)量越小，對(duì)數(shù)控機(jī)床不出現(xiàn)爬行有幫助，越能保證數(shù)控機(jī)床的加工精度。圖2.9對(duì) 應(yīng)的是不同工作臺(tái)質(zhì)量下加速度仿真圖。

2.4.4系統(tǒng)的不同阻尼對(duì)爬行的影響

表2.4模擬參數(shù)表

序號(hào)	系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度	系統(tǒng)的阻尼	工作臺(tái)質(zhì)量	靜動(dòng)摩擦系數(shù)之差	驅(qū)動(dòng)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,

在圖2.10中能夠看出，系統(tǒng)的阻尼越大，速度波動(dòng)的時(shí)間越短，幅度越小，系統(tǒng)越穩(wěn)定。圖2.10(d)中只在0.2s和0.3s之間有一次跳動(dòng)，速度最高達(dá)到22mm/s,己經(jīng)很好的控制住了爬行。下面是加速度模擬仿真圖：

2.4.5系統(tǒng)的不同傳動(dòng)剛度對(duì)爬行的影響：

表2.5	模擬參數(shù)表
序號(hào)	系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度	系統(tǒng)的阻尼	工作臺(tái)質(zhì)量	靜動(dòng)摩擦系數(shù)之差	驅(qū)動(dòng)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

取四種不同的系統(tǒng)傳動(dòng)剛度仿真結(jié)果表明，當(dāng)K=800時(shí)，系統(tǒng)很快達(dá)到穩(wěn)定的速度值，在工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)前期0.2s?0.3s稍有速度波動(dòng)；當(dāng)K=750時(shí)，系統(tǒng)速度波動(dòng)幅度增加，但是0.5s后很快趨于穩(wěn)定速度值；當(dāng)K=597和K=500時(shí)，速度波動(dòng)增大，爬行現(xiàn)象嚴(yán)重。從此圖可以看出系統(tǒng)的剛度對(duì)爬行的影響很大，系統(tǒng)剛度越小爬行越嚴(yán)重。

(d)

(c)

根據(jù)圖2.13的加速度仿真結(jié)果，也可能夠看出，系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度越大，系統(tǒng)越穩(wěn)定，越不易產(chǎn)生爬行。

本文采摘自“振動(dòng)對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)爬行的影響”，因?yàn)榫庉嬂щy導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由伯特利數(shù)控整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明！

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