考虑零件变形影响的机床建模

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考虑零件变形影响的机床建模

摘要：本文基于多体动力学理论，考虑连杆的变形对机床性能的影响，运用ADAMS软件对插齿机床进行刚柔耦合动力学建模仿真，结果显示考虑连杆变形后，建模结果更精确。
关键词：插齿机  ADAMS  刚柔耦合系统
        0 引言
        多体动力学的发展及应用使得机床动力学设计产生一个新的途径。基于多体动力学理论，建立机床的数字模型，通过动力学仿真来考察机床的动力学性能，并进一步考虑到机床各部件变形对机床性能的影响，建立机床刚柔耦合动力学模型，该建模方法能够比较准确地考察机床的动态特性[1]
        1 机床刚柔耦合动力学建模
        本文用SolidWorks建立机床简化实体模型，通过Parasolid格式将实体模型导入ADAMS，并对模型添加约束，驱动和工作力，建立了机床的多刚体动力学模型[2]。机床的连杆较细长，材料为硬铝，又承受很大的冲击载荷，故连杆变形不能忽略，对其进行柔性化处理。将连杆的实体模型导入ANSYS，生成有限元模型，并定义联结点和刚性区域，就可以输出模态中性文件。将该文件导入ADAMS，代替原来模型中的连杆，并重新添加约束，即建立机床的刚柔耦合动力学模型。
        2 机床刚柔耦合动力学仿真
        对模型进行仿真分析，刀尖点的跳动与连杆柔性化以前相比，X向跳动减少0.0013 mm，Y向跳动不变；速度方面，连杆柔性化前后，刀轴最大速度由3797.57mm/s减少到3784.93mm/s；加速度方面，连杆柔性化前后，刀轴最大加速度由83210mm/s2减少到542710mm/s2。由此可见考虑连杆的变形后，模型更加精确。
        在考虑连杆的便变形后，仿真结果差别不是很明显，分析如下：
        2.1 连杆在考虑成柔性体以后，其变形对于机床性能会有影响，更能反映机构的真实运动。因此机床的刚柔耦合动力学模型比多刚体动力学模型更精确。
        2.2 最终所得仿真结果对机床性能的相对影响很小。原因是本文所研究的连杆其长度和截面相比差值较小，即截面积相对较大，长度较小，因此刚性是比较大的，由此导致了仿真所得的结果与连杆考虑成刚体时，差别不大。
        3 总结
        本文以某插齿机为研究对象，考虑了连杆的变形对机床性能的影响，基于ADAMS建立其刚柔耦合的动力学模型。通过仿真发现，考虑零件的变形以后，机床的动力学模型更加精确。
参考文献：
[1]齐朝晖.多体系统动力学[M].北京：科学出版社，2008
[2]郑建荣.ADAMS虚拟样机技术入门与提高[M].北京：机械工业出版社.2002.