在ADAMS中按-1,3-2所示的加速度变化规律分析空行程高加速进给时,在匀加速与变加速两种情况下的高速机床的动力学特性并输出曲线直观地反映其变化规律。动力学仿真模型的建立在动力学分析中,物体的惯性特性是影响系统的重要参数,对于那些惯量比较小,且可忽略不计的零件,可不作物体的定义。在原来X、Y方向的移动副上加驱动力,以模拟加工中心各运动件的动力学特性,这样就完成了部件、约束、作用力的定义。施加驱动后,各运动件的加速度、速度和位移变化与上述运动学分析结果相同,此处不再赘述。下面主要分析在匀速和变加速两种情况下,在启动瞬间直线电机的瞬时驱动力的变化。
机械系统的动力学分析就是讨论载荷与系统运动的关系,本文研究的高速机床,两个直线方向的运动规律已知,需要确定驱动力。由于在动力学分析部分考虑了摩擦力的因素,因此,驱动力用来提供惯性力的抵抗摩擦阻力。驱动力的大小是惯性力和摩擦阻力的代数和。两种加速度下X向动力学仿真分析比较匀加速与变加速时,X方向上在t=00.15s的范围内加速度变化情况。变加速时的X向启动力匀加速与变加速时,X方向上在t=00.15s的范围内速度变化情况如-6、4-7所示。由上图可以看出:匀加速时,X向驱动力在t=0s和t=0.08s处存在突变;变加速时,X向驱动力在t=0s和t=0.08s处不存在突变。
由此可以看出:匀加速时,X方向的加速度和驱动力在运动部件静止的瞬间增加到12500m/s2和71575.5736N,静态瞬时冲击力很大,对机床结构和精度造成恶劣影响;变加速时,X方向的加速和驱动力均为零,并且在运动过程中加速度和驱动力逐渐增加,虽然变加速时的*大加速度和*大驱动力均比匀加速时的大,但是由于是在运动过程中达到的,所以对机床没有静态冲击,对机床的结构和精度不会造成恶劣影响。
两种加速度下Y向动力学仿真分析比较两种加速度下Y向动力学仿真分析比较与X向比较结果相类似,匀加速与变加速时,Y方向上的启动加速度。匀加速时的Y向启动和加速度3-6变加速度的Y向启动加速度匀加速与变加速时对应的Y向启动力。变加速时加速度没有突变,从而驱动力没有突变。又由于变加速时的静态冲击力较小,所以对机床的结构和精度造成的影响远比匀加速时要小,改善了机床性能。由于Y向的启动力会通过横梁上的滑块传递到X向的导轨上,所以使Y向启动力变化会影响到X向导轨的性能。
总结高速机床所需的高加速度造成了启动时需要很高的驱动力,而启动瞬间运动部件静止,所以有很高的静态冲击。通过采用正弦加速度,使运动部件的启动加速度变为零,进而大大降低了启动力,改善瞬时静态冲击对机床结构、寿命和精度造成的不良影响。