数控机床运动部件爬行的临界速度计算.pdfVIP

2012 年 6 月 第 40 卷 第 11 期 机床与液压 MACHINE TOOL ＆ HYDRAULICS Jun. 2012 Vol. 40 No. 11 DOI: 10． 3969 / j. issn. 1001 － 3881. 2012. 11. 018 收稿日期: 2011 － 04 － 29 作者简介: 闫占辉 (1968—) ，男，博士，教授，主要研究方向为机械系统动力学与精密加工、智能材料的工程应用。 E － mail: yan-zhanhui@ sohu. com。 数控机床运动部件爬行的临界速度计算 闫占辉，王大宇 (长春工程学院机电学院，吉林长春 130012) 摘要: 通过构建数控机床运动部件爬行力学模型，推导出位移、速度、加速度数学表达式; 探讨产生爬行的条件，通 过引入运动均匀性系数，详细推导出产生爬行的临界速度表达式; 并给出消除数控机床运动部件爬行的一些新措施。 关键词: 机床运动部件; 低速运动平稳性; 爬行; 临界速度表达式 中图分类号: TG502. 14 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 3881 ( 2012) 11 － 061 － 2 Critical Speed of Moving Parts Creep to NC Machine Tools YAN Zhanhui，WANG Dayu (School of Mechatronics，Changchun Institute of Technology，Changchun Jilin 130012，China) Abstract: The displacement，velocity and acceleration expressions were constructed to moving part creep of NC machine tool by building its mechanics model． Creep condition was discussed． The creep critical speed expression was derived by introducing a uni- formity coefficient． Some new measures were presented to eliminate moving part creep of NC machine tool． Keywords: Moving parts of machine tools; Low-speed motion stability; Creep; Critical speed expression 数控机床的工作台、刀架等移动部件，在作低速 运动或微量进给时，主动件虽然作匀速运动，但从动 件却常常出现时快时慢或走走停停的现象，这种现象 称之为“爬行”。它破坏了运动的准确性，影响机床 加工精度或定位精度，甚至会产生废品。 有关机床爬行现象的解释，无论是转动部件、还 是移动部件，都是简化为主动件、弹簧 ( 扭簧)、运 动部件及阻尼元件的线性力学模型，目前发表的文章 一般也是沿用上述模型，该模型在 1990 年李传乾主 编的《机床摩擦、磨损与润滑》等教材中 ［1 － 2］ 已有较 详细的描述。 作者在教学过程中查阅相关教材及有关论文发 现: 这些资料都只给出临界速度大小表达式，未给出 临界速度大小表达式详细的推导过程，致使读者无法 深入理解相关内容 ［3 － 4］; 同时不同教材最后给出的爬 行临界速度表达式相互矛盾 ［5］ 。为此，作者在现有大 部分有关爬行研究所用力学模型的基础上，给出了数 控机床运动部件爬行的临界速度推导过程，以便技术 人员或专业教师在工作中深入理解相关内容，也是对 有关只给结论却无推导过程和初始条件文献的一个补 充。 1 数控机床运动部件爬行机制 图 1 为数控机床工作台及其驱动机构的原理图， 其力学模型如图 2 所示，图 2 中主动件 1，以均匀速 度 v 经进给传动机构驱动被动件 2，其中传动机构简 化为一个等效刚度为 k 的弹簧和一个阻尼系数为 c 的 黏性阻尼，被动件 2 的质量为 m，在支承导轨 3 上沿 x 方向运动，摩擦力为 F，其大小与变化的动、静摩 擦因数等有关 ［1］ 。 图 1 数控机床工作台及其 驱动机构的原理图 图 2 数控机床工作台及其 驱动机构力学模型 2 数控机床运动部件爬行力学模型及微分方程 当主动件 1 开始驱动进给机构时，t = 0，弹簧处 于自由状态，经过时间 t 后，被动件 2 的位移为 x， 则运动表达式为 mx ¨ + c( x· － v) + k(x － vt) = － F (1) 当有爬行现象产生时，被动件 2 的运动速度是变 化