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《华中科技大学》 2007年
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重心驱动工作台动力学建模及其特性分析

胡俊  
【摘要】: 高速高精数控加工技术在数控加工行业占有非常重要的位置,而高速进给驱动技术是实现数控机床高速高精加工的关键技术之一。重心驱动是一种新型的数控机床进给驱动方式,能够有效提高机床的运动速度和精度,但对其研究仍处于起步阶段。本文以采用重心驱动的两轴工作台为研究对象,对该工作台进行了参数化建模,利用有限元方法分析了其动力学特性,并进行了机电联合仿真研究,最后对整个驱动系统进行了动态性能评价与参数优化调整。具体内容包括: 1.分析了重心驱动的动力学原理,并得到其振动方程。提出了重心驱动工作台的有限元建模方法,基于结构振动的动力学方程和单元矩阵,得到其响应特性的表达式。 2.通过分析得到影响重心驱动工作台的动态性能的因素,采用参数化建模方法对其进行参数化,并进一步建立重心驱动工作台的参数化模型,通过对不同参数下工作台模型进行模态分析,比较其固有频率和振型,得到了重心驱动工作台动态性能与其结构参数之间的关系。利用ANSYS软件对重心驱动工作台进行谐响应分析,得到其响应曲线。通过分析,获取其共振频率和振动特性,为进给系统的优化与动态性能的提高提供了依据。 3.在现有的机电联合仿真平台的基础上,分别对重心驱动工作台和传统驱动工作台动态性能进行机电联合仿真,结果表明,相比传统驱动,在较低加速度时,重心驱动的优势并不明显,而在高加速度情况下,重心驱动优势突出,有效地抑制了振动,尤其是在轮廓拐角处,获得了比传统驱动高得多的运动精度。 4.采用动态性能评价指标对重心驱动工作台的动态性能进行评价,并根据评价指标对伺服参数进行调整,得到了优化的伺服参数。仿真结果表明,经过调整后的伺服参数能够显著改善进给轴的动态性能,并且采用重心驱动能够获得比传统驱动更高的伺服控制带宽。 通过上述研究,本文为重心驱动工作台的结构优化设计、宽带伺服控制及动态性能优化提供一种可行的方法。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG659

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