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4利用振動抑制爬行的仿真分析

4.1加入模擬振動源分析爬行

根據爬行的ADAMS仿真模型，在導軌加入模擬振動源[46~52]來模擬在現實中機床在工作時導軌出現振動?；?/span>ADAMS中的View平臺，在導軌上添加移動副，加入驅動速度，調整合適的速度參數，設置驅動速度仍為8mm/s,工作臺質量15Kg,靜動摩擦系數之差為0.05,系統的彈簧剛度和阻尼分別為1000N/mm和IN.s/mm ,后加入的移動副參數設置最初值為零，在此參數下仿真結果圖和圖3.2完全一致。添加了移動副的ADAMS 模型圖如下所示：

圖4.1加入振動源的爬行ADAMS仿真模型

將圖4.2與圖3.2比較可以看出，通過在導軌上加入虛擬振動源能夠改善爬行，模型在自身運動出現爬行現象時，導軌不斷輸入模擬的振動源來抵消模型自身產生的振動，來減少爬行。在振幅不變的情況下，單純分析頻率，在一定周期內，頻率越大對改善爬行越有幫助，可以預計到，在不同的周期中不同頻率會對爬行造成不同的影響。在圖4.2(a) 中，當運動函數為sin(8t)時，進給系統在4.53s以前出現持續的速度波動，4.53s以后速度波動消失，速度趨于穩定，且速度波動最高達到79.61mm/s，其加速度曲線圖對應圖 4.3(a)從圖中可以看出正向加速度和反向加速度最大值分別為25135mm/s_2和-9903mm/s_2; 圖4.2(b)當運動函數為sin(15t)時，進給系統在2.4s以前出現持續的速度波動，2.4s以后速度趨于穩定，且速度波動最高值為89.63mm/s,對應圖4.3(b)從圖中可以看出正向加速度和反向加速度最大值分別為21832mm^2和-14658mm/s'圖4.2(c)當運動函數為sin(18t) 時進給系統在1.83s以前出現持續的速度波動，1.83s以后速度趨于平穩達到驅動速度，且速度波動出現的最高值為69.52mm/s對應圖4.3(c)從圖中可以看出正向加速度和反向加速度最大值分別為19375mm^2和-18450mm^2;圖4.2(d)當運動函數為sin(24t)，進給系統在0.7s以前出現速度波動，0.7s以后速度波動消失，達到了預設的驅動速度，且速度波動出現的最高值為38.47mm/s,對應圖4.3(d)從圖中可以看出正向加速度和反向加速度最大值分別為 18999mm/s_2 和-9022mm/s_2。

根據圖4.2和圖4.3的比較分析后，將頻率從8到24 (總共17個頻率值）依次進行仿真，通過對頻率從8到24的運動分析得到了頻率與爬行持續時間的關系曲線圖如圖 4.4所示；頻率與速度波動時最高速度的關系曲線圖，如圖4.5所示；以及頻率與最大正向加速度和反向加速度的關系曲線圖，如圖4.6所示。

從圖4.4中可以看出，隨著頻率的增大，振動持續的時間與頻率關系呈現不規則的變化，但是總體上看，卻是先減小后增大再減小的波動狀態，在圖中頻率為9和17對應的振動持續時間為5s，說明在整個仿真時間斷內，系統一直處于爬行狀態，而且從圖4.4 也可以看出，當頻率為12時振動持續的時間最短；從圖4.5可以看出，速度波動的最高速度與頻率的關系也是呈現不規則的變化，可以看出當頻率為9、15和17時最高速度都達到了 90mm/S,并且在整個頻率變化的過程中，出現了多次不同頻率卻有著相同最高波動速度的情況，如頻率為13與14及頻率為21與22時的情況，這也說明了，改變頻率不一定會改變速度波動的最高值，并且圖4.5顯示，當頻率為12時速度波動的最高值最 ??；從圖4.6中可以看出：相比較正向最大加速度變化，反向最大加速度變化相對較穩定，在頻率為11和12時正向最大加速度最小，且頻率為12與頻率為13時及頻率為10與頻率為11的正向最大加速度變化率最大，當頻率為22時系統反向最大加速度最小，通過圖4.4到圖4.6三幅圖的綜合分析可以看出，當頻率為12時，不僅進給系統的振動持續時間最短，而且速度波動的最高值也是最小的，由此可知在所選的17組頻率中，當頻率為12時，振動對爬行現象的改善效果最好。圖4.7為當頻率為12時系統的速度變化曲線圖（左）和加速度變化曲線圖（右）。

為了進一步細化改變加入振動頻率對系統爬行現象的改善效果，對頻率為12附近的頻率進行深入分析，將頻率分別設定為11.7、11.8、11.9、12、12.1、12.2、12.3,則仿真對應的速度變化曲線圖如圖4.8所示（頻率為12的速度變化曲線圖如圖4.7 (左））。

從圖4.8可以看出當頻率為11.7和12.3時系統的速度波動很大，而且幾乎存在于整個仿真時間段內，即這兩個頻率的爬行現象明顯，當頻率為12.2時爬行持續時間為2s，而頻率在11.8到12.1之間時系統的速度變化處于穩定狀態。所以通過分析發現，當加入的振動頻率保持在11.8到12.1之間時系統的爬行現象改善效果最好。從加速度變化曲線圖也可以得到相同的結論，如圖4.9所示。

圖4.9不同頻率下系統加速度變化曲線圖

通過以上的分析可以看出：在運用同振幅不同頻率的振動來改善進給系統爬行的過程中，選擇不同的頻率對爬行改善效果變化較大，規律表現不明顯，通過對選擇頻率8 到24區間內的運動進行仿真模擬，發現當頻率為12時振動對機床進給系統的爬行現象改善最明顯，進一步對頻率12附近的頻率進行細化分析發現，當振動的頻率選擇在11.8 到12.1之間時對爬行現象的改善可以得到很好的效果。即通過上述仿真得到了同振幅下頻率的最優區間為11.8到12.1。

當振動函數設置為4sin(8t)時，爬行持續時間為2.73s，在爬行持續時間內，速度波動最大值為88.48mm/s,期間對應的加速度變化曲線如圖4.11中的 4sin(8t)，圖中顯不正向最大加速度為18918mm/s2，反向最大加速度為-11679mm/s2;當振動函數設置為9sin(8t)時，爬行持續時間為3.17s，在爬行持續時間內，速度波動最大值為69.31mm/s,期間對應的加速度變化曲線如圖4.11中的9sin(8t)，圖中顯示正向最大加速度為18738mm/s2,反向最大加速度為-17895mm/s2;當振動函數設置為16sin(8t)時，爬行持續時間為2.3s,在爬行持續時間內，速度波動最大值為78.49mm/s,期間對應的加速度變化曲線如圖4.11中的16sin(8t)，圖中顯示正向最大加速度為25037mm/s2,反向最大加速度為-11911mm/s2;當振動函數設置為21sin(8t)時，爬行持續時間為5s,即在仿真的整個時間段內，系統爬行現象并未消失，在爬行持續時間內，速度波動最大值為69.31mm/s, 期間對應的加速度變化曲線如圖4.11中的21sin(8t),圖中顯示正向最大加速度為 19499mm/s2,反向最大加速度為-14382mm/s2。根據上面的變化規律，將頻率為8且幅值為4到21的17組數據進行仿真分析，根據每組不同頻率的結果，繪制了幅值與爬行持續時間關系曲線如圖4.12所示、幅值與速度波動最大值關系曲線如圖4.13所示以及幅值與正向最大加速度和反向最大加速度變化曲線。

隨著幅值的變化，爬行持續的時間處于波動狀態，即改變幅值對于爬行持續時間并不能找出一定的規律性變化，圖中爬行持續時間超過5s時意味著在整個仿真時間段內，爬行現象并未消失，對應設定的參數并不能消除或改善爬行現象。然而在選擇的17組幅值中，當幅值為7和20時爬行持續時間相近且最短，其次是幅值為 6和17時的爬行持續時間較短。從圖4.13中可以看出當幅值為6時速度波動的最大值最小，其次是幅值為20時的速度波動最大值較小。從圖4.14可以看出當幅值為20時爬行過程中最大正向加速度和最大反向加速度最小。故綜合圖412到圖4.14的分析可以得出，在選擇的17組幅值中，當幅值為20時，產生的振動對機床進給系統爬行現象改善效果最好。當加入振動的幅值為20時，機床進給系統的速度變化曲線如圖4.15 (a)，加速度變化曲線如圖4.15 (b)。

圖4.15運動函數設定為20sin (8t)時系統進給速度和加速度變化曲線

比較圖4.2 (a)，圖4.3 (a)和圖4.15可以看出，當輸入振動振幅為20時對系統爬

行有很好的改善效果。

為了進一步細化改變加入的振動振幅對系統爬行現象的改善效果，對振幅為20附近的振幅進行深入分析，振幅設定分別為19.7、19.8、19.9、20、21.1、21.2、21.3,則仿真對應的速度變化曲線圖如圖4.16所示（幅值為20的速度變化曲線圖如圖4.15 (a))。

由圖4.16及圖4.15 (a)可以看出在幅值小于20和大于20.1時，系統爬行現象明顯，而當幅值在20到20.1之間時，爬行持續時間最短，速度變化最小，所以得到了當輸入的振動頻率為8時改善爬行現象最優的幅值范圍為20到20.1。通過對不同幅值速度曲線的分析，相對應的加速度的變化曲線也可以得到相同的結論，如圖4.17所示。

通過4.1.1節和4.1.2節的分析發現，改變加入振動的頻率和幅值可以起到改善機床進給系統的爬行現象，并且在所選的17組頻率和17組幅值仿真中發現，當輸入函數為 sin (12t)時改善效果最好。根據函數sin (12t)時的仿真結果，我們下面進一步對它的最優幅值進行進一步討論，從而得出在最優的頻率基礎上改善爬行效果最好的幅值的取值范圍。下面分別取sin (12t)的幅值分別為0.9、0.91、0.99、1、1.01、1.09、1.1，得到幅值在0.9到1.1之間時的系統進給速度變化曲線如圖4.18和系統進給加速度變化曲線如圖4.19。

從圖4.18和4.19可以看出當輸入振動函數為sin (12t)時，幅值在大于0.91到小于 1.09之間時，系統的進給速度變化曲線和加速度的變化曲線保持不變，即幅值在這個范圍內爬行現象是相對穩定的。

綜合對運動函數為sin (12t)的分析可知：當幅值在0.91到1.09,頻率在11.8到12.1時，加入的振動對系統爬行現象的改變效果最好。

本文采摘自“振動對數控機床進給系統爬行的影響”，因為編輯困難導致有些函數、表格、圖片、內容無法顯示，有需要者可以在網絡中查找相關文章！本文由伯特利數控整理發表文章均來自網絡僅供學習參考，轉載請注明！

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