一种专用数控机床的可视化建模与仿真

论文摘要

五轴数控机床是目前数控领域中应用广泛而且比较实用的一种数控加工设备。它可以完成许多复杂曲面和曲线的加工,早在数控技术发展之初,人们就投入大量精力和时间从事该项技术的研究。本文以五轴数控机床的机械结构为分析对象,研究数控机床机械结构的传动和运动特性。通过样机的可视化建模和实际改造,研究机床机械结构的动力学问题。主要内容如下：(1)线性传动系统是数控机床中使用最频繁的传动机构,本文结合样机的实体模型从结构和响应两个方面对样机的传动机构做了详细分析。其中包括,导出样机传动机构的传递函数,求解样机传动机构的阶跃响应和稳态误差,总结传动机构固有特性对系统所产生的影响等几个方面。为了更好的掌握样机传动机构的刚性和受力变形情况,本文对样机的主要传动部件用COSMOS软件做了有限元分析。(2)在多刚体动力学理论基础上,推导出样机刀具和主要参与运动构件的运动学和动力学方程。(3)针对样机的实体模型,用ADAMS软件对样机做动力学仿真。模拟刀具在做直线运动、圆弧运动等情况下的加工轨迹,研究样机各个主要构件在起动、加速、平稳运行时的速度、加速度和受力等参数的变化情况。(4)总结样机实际改造过程中出现的各种影响机床精度的不利因素,研究机床误差产生的原因,并尝试减小和补偿这些误差。许多国内的数控机床生产厂商选用进口控制系统、数控软件、传动部件组装数控机床,却未能达到进口数控设备所具有的整机性能。许多原因造成了这一现象。本文以机床传动响应和机床动力学问题为研究的切入点,结合生产实践,试图寻找一种能够改善数控设备整体性能的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 数控技术的发展
• 1.1.1 国内数控行业的发展状况
• 1.1.2 数控技术的现状和未来的发展方向
• 1.2 基于可视化建模的虚拟样机
• 1.3 数控机床的系统动力学分析与仿真
• 1.4 三维实体建模
• 1.5 论文的主要工作
• 第2章 线性传动系统
• 2.1 线性传动的组成
• 2.1.1 机床导轨
• 2.1.2 滚珠丝杠副
• 2.1.3 负载的变动
• 2.1.4 驱动扭矩
• 2.2 线性传动系统的传递函数
• 2.2.1 稳定性分析
• 2.2.2 传递函数的响应
• 2.2.3 二阶系统的实际参数
• 2.2.4 系统稳态误差分析
• 2.3 传动构件有限元分析
• 2.4 运动结构件有限元分析
• 2.5 小结
• 第3章 多刚体动力学理论和ADAMS建模
• 3.1 多刚体系统动力学
• 3.2 ADAMS系统建模
• 3.3 样机结构分析
• 3.4 样机动力学建模
• 3.4.1 系统的运动学研究
• 3.4.2 系统的动力学研究
• 3.5 小结
• 第4章 机床进给系统的动力学建模及仿真
• 4.1 ADAMS软件简介
• 4.2 三维仿真实体模型的建立
• 4.3 数控机床样机的动力学仿真
• 4.3.1 机床启动和制动时的动力学仿真
• 4.3.2 机床匀速运行时的动力学仿真
• 4.4 小结
• 第5章 系统误差补偿和驱动单元
• 5.1 样机的安装误差和运行误差
• 5.2 伺服驱动单元
• 5.2.1 伺服驱动的加速、减速和定位控制
• 5.2.2 步进电机驱动控制
• 5.3 数控系统实现误差补偿
• 5.3.1 样机控制系统构成
• 5.3.2 数控系统补偿传动误差
• 5.4 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢