数控机床爬行的建模仿真
2.4爬行的建模仿真
根据机床进给系统的简化物理模型图2.2,在adams中建立模型时，应用adams 中的几何建模工具、约束工具和载荷建立了爬行的运动仿真模型[26~32]，如图2.3所示， 此模型所有的部件均为刚体，质量分布均匀，其他各种装配间隙和误差均忽略不计。左面红色的方块代表驱动件（电机），右边绿色的方块代表工作台，中间黄色的弹黉代表 滚珠丝杠、轴承、螺母等传动部件，下面玫瑰色的长方体代表导轨。让驱动件匀速向 右运动，推动弹簧收缩，观察工作台的运动趋势。
由前面2.3对临界爬行速度的推导可知，只有当驱动速度大于爬行的临界速度时， 工作台才不会出爬行，根据（式2.16)中推断出的影响爬行的各个因子，改变爬行因子 的参数来进行分析，可以得到不同的实验参数和分析结果仿真图。
2.4.1不同驱动速度对爬行的影响
表2.1模拟参数表
序号
系统的传动刚度
系统的阻尼
工作台质量
静动摩擦系数之差
驱动速度
1
1000 n/mm
in.s/mm
15kg
0.05
4mm/s
2
1000 n/mm
in.s/mm
15kg
0.05
6mm/s
3
1000 n/mm
in.s/mm
15kg
0.05
9mm/s
4
1000 n/mm
in.s/mm
15kg
0.05
lomm/s
根据表2.1，将每组不同的参数输入到模型2.3中，进行模拟仿真，可以分别得到速 度和加速度仿真图形，如下所示：
比较图2.4中的(a)、（b)、（c)和(d)图，可以看出，图2.4(a)在5s内一直有速度波动， 速度波动幅度高达到75mm/s以上;图2.4(b)在5s内有波动，速度波动幅度达到50mm/s 以上，相对于图2.4(a)来说，爬行重复周期变短，速度波动幅度变小；图2.4(c)在1.2s内 速度有波动，与图2.4(b)比较看来，速度波动时间明显变短，但是波动速度幅度有所增长； 图2.4(d)在0.5s内速度有少量波动，速度波动幅度在75mm/s以下，过了 0.5s以后迅速到 达给定的驱动速度。由此可以说明，驱动速度越大，越不易产生爬行。
从图2.5中，我们可以看出，速度的改变导致加速度发生了显著的变化。经过分析 可以得出，速度波动越大、波动的时间越长，加速度的波动范围就越大并且波动时间也
越长。在图2.4(d)中爬行控制在0.5s以内，所以图2.5(d)中，加速度波动也在0.5s以内，
波动范围不大。
2.4.2不同静动摩擦系数之差对爬行的影响
表2.2模拟参数表
序号
系统的传动刚度
系统的阻尼
工作台质量
静动摩擦系数之差
驱动速度
l
l000n/mm
in.s/mm
l5kg
0.04
i5mm/s
2
1000 n/mm
in.s/mm
l5kg
0.06
i5mm/s
3
1000 n/mm
in.s/mm
l5kg
0.1
i5mm/s
4
1000 n/mm
in.s/mm
l5kg
0.15
i5mm/s
o o o o o n^u ^
5-0-5-0-5-0-lys
根据表2.2,将每组不同的参数代入到图2.3中，进行模拟仿真，分别得到如下仿真 图形：
图2.6不同静动摩擦系数之差下的adams速度仿真图
图2.6(d)中，速度在5s内波动幅度达到220mm/s，而给定的驱动速度是15mm/s，出 现了严重的爬行现象；图2.6(c)比图2.6(d)的爬行频率有所增加，但爬行比较规律，且速 度波动在126mm/s以内，对加工的零件造成的影响比图2.6(d)要小得多；比较图2.6(b) 和图2.6(c)，图2.6(b)速度波动时间减少到0.8s以内，速度波动在120mm/s以内，无论是爬行时间还是爬行幅度都相应有所减少；图2.6(a)比较好地把速度和爬行时间分别控制在 了 24mm/s和0.3s之内，基本上抑制住了爬行。由此说明，静动摩擦系数之差越小越好。 下面是不同静动摩擦系数之差下相对应的加速度仿真图：
图2.7不同静动摩擦系数之差下的adams加速度仿真图 由图2.7可以看出，速度波动越大，加速度也会相应的有较大的波动。
2.4.3不同工作台质量对爬行的影响：
表2.3模拟参数表
序号
系统的传动刚度
系统的阻尼
工作台质量
静动摩擦系数之差
驱动速度
1
1000 n/mm
in.s/mm
10kg
0.05
15mm/s
2
1000 n/mm
in.s/mm
22kg
0.05
15mm/s
3
1000 n/mm
in.s/mm
3〇kg
0.05
15mm/s
4
1000 n/mm
in.s/mm
40kg
0.05
15mm/s
在图2.8(d)中，5s内一直有爬行，爬行较规律，速度波动在omm/s到130mm/s之间； 图2.8(c)比图2.8(d)中的质量减少10kg,能明显看出，产生的爬行次数减少；当m=22kg 时，爬行控制在1.5s之内，速度波动幅度较图2.8(c)有缓解；图2.8(a)中速度只在0.2s与 0.3s之间波动了一次，高速度在22mm/s之内，基本上控制住了爬行。由此证明，工作 台质量越小，对数控机床不出现爬行有帮助，越能保证数控机床的加工精度。图2.9对 应的是不同工作台质量下加速度仿真图。
2.4.4系统的不同阻尼对爬行的影响
表2.4模拟参数表
序号
系统的传动刚度
系统的阻尼
工作台质量
静动摩擦系数之差
驱动速度
l
l000n/mm
0.006n.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
2
l000n/mm
0.05n.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
3
looon/mm
o.ln.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
4
looon/mm
5 n.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
(d,
在图2.10中能够看出，系统的阻尼越大，速度波动的时间越短，幅度越小，系统越 稳定。图2.10(d)中只在0.2s和0.3s之间有一次跳动，速度高达到22mm/s,己经很好的 控制住了爬行。下面是加速度模拟仿真图：
2.4.5系统的不同传动刚度对爬行的影响：
表2.5
模拟参数表
序号
系统的传动刚度
系统的阻尼
工作台质量
静动摩擦系数之差
驱动速度
l
800n/mm
in.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
2
750n/mm
in.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
3
597 n/mm
in.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
4
500n/mm
in.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
取四种不同的系统传动刚度仿真结果表明，当k=800时，系统很快达到稳定的速度 值，在工作台运动平稳前期0.2s?0.3s稍有速度波动；当k=750时，系统速度波动幅度 增加，但是0.5s后很快趋于稳定速度值；当k=597和k=500时，速度波动增大，爬行 现象严重。从此图可以看出系统的刚度对爬行的影响很大，系统刚度越小爬行越严重。
(d)
(c)
根据图2.13的加速度仿真结果，也可能够看出，系统的传动刚度越大，系统越稳定， 越不易产生爬行。
本文采摘自“振动对数控机床进给系统爬行的影响”，因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示，有需要者可以在网络中查找相关文章！本文由伯特利数控整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！
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根据机床进给系统的简化物理模型图2.2,在adams中建立模型时，应用adams 中的几何建模工具、约束工具和载荷建立了爬行的运动仿真模型[26~32]，如图2.3所示， 此模型所有的部件均为刚体，质量分布均匀，其他各种装配间隙和误差均忽略不计。左面红色的方块代表驱动件（电机），右边绿色的方块代表工作台，中间黄色的弹黉代表 滚珠丝杠、轴承、螺母等传动部件，下面玫瑰色的长方体代表导轨。让驱动件匀速向 右运动，推动弹簧收缩，观察工作台的运动趋势。
由前面2.3对临界爬行速度的推导可知，只有当驱动速度大于爬行的临界速度时， 工作台才不会出爬行，根据（式2.16)中推断出的影响爬行的各个因子，改变爬行因子 的参数来进行分析，可以得到不同的实验参数和分析结果仿真图。
2.4.1不同驱动速度对爬行的影响
表2.1模拟参数表
序号
系统的传动刚度
系统的阻尼
工作台质量
静动摩擦系数之差
驱动速度
1
1000 n/mm
in.s/mm
15kg
0.05
4mm/s
2
1000 n/mm
in.s/mm
15kg
0.05
6mm/s
3
1000 n/mm
in.s/mm
15kg
0.05
9mm/s
4
1000 n/mm
in.s/mm
15kg
0.05
lomm/s
根据表2.1，将每组不同的参数输入到模型2.3中，进行模拟仿真，可以分别得到速 度和加速度仿真图形，如下所示：
比较图2.4中的(a)、（b)、（c)和(d)图，可以看出，图2.4(a)在5s内一直有速度波动， 速度波动幅度高达到75mm/s以上;图2.4(b)在5s内有波动，速度波动幅度达到50mm/s 以上，相对于图2.4(a)来说，爬行重复周期变短，速度波动幅度变小；图2.4(c)在1.2s内 速度有波动，与图2.4(b)比较看来，速度波动时间明显变短，但是波动速度幅度有所增长； 图2.4(d)在0.5s内速度有少量波动，速度波动幅度在75mm/s以下，过了 0.5s以后迅速到 达给定的驱动速度。由此可以说明，驱动速度越大，越不易产生爬行。
从图2.5中，我们可以看出，速度的改变导致加速度发生了显著的变化。经过分析 可以得出，速度波动越大、波动的时间越长，加速度的波动范围就越大并且波动时间也
越长。在图2.4(d)中爬行控制在0.5s以内，所以图2.5(d)中，加速度波动也在0.5s以内，
波动范围不大。
2.4.2不同静动摩擦系数之差对爬行的影响
表2.2模拟参数表
序号
系统的传动刚度
系统的阻尼
工作台质量
静动摩擦系数之差
驱动速度
l
l000n/mm
in.s/mm
l5kg
0.04
i5mm/s
2
1000 n/mm
in.s/mm
l5kg
0.06
i5mm/s
3
1000 n/mm
in.s/mm
l5kg
0.1
i5mm/s
4
1000 n/mm
in.s/mm
l5kg
0.15
i5mm/s
o o o o o n^u ^
5-0-5-0-5-0-lys
根据表2.2,将每组不同的参数代入到图2.3中，进行模拟仿真，分别得到如下仿真 图形：
图2.6不同静动摩擦系数之差下的adams速度仿真图
图2.6(d)中，速度在5s内波动幅度达到220mm/s，而给定的驱动速度是15mm/s，出 现了严重的爬行现象；图2.6(c)比图2.6(d)的爬行频率有所增加，但爬行比较规律，且速 度波动在126mm/s以内，对加工的零件造成的影响比图2.6(d)要小得多；比较图2.6(b) 和图2.6(c)，图2.6(b)速度波动时间减少到0.8s以内，速度波动在120mm/s以内，无论是爬行时间还是爬行幅度都相应有所减少；图2.6(a)比较好地把速度和爬行时间分别控制在 了 24mm/s和0.3s之内，基本上抑制住了爬行。由此说明，静动摩擦系数之差越小越好。 下面是不同静动摩擦系数之差下相对应的加速度仿真图：
图2.7不同静动摩擦系数之差下的adams加速度仿真图 由图2.7可以看出，速度波动越大，加速度也会相应的有较大的波动。
2.4.3不同工作台质量对爬行的影响：
表2.3模拟参数表
序号
系统的传动刚度
系统的阻尼
工作台质量
静动摩擦系数之差
驱动速度
1
1000 n/mm
in.s/mm
10kg
0.05
15mm/s
2
1000 n/mm
in.s/mm
22kg
0.05
15mm/s
3
1000 n/mm
in.s/mm
3〇kg
0.05
15mm/s
4
1000 n/mm
in.s/mm
40kg
0.05
15mm/s
在图2.8(d)中，5s内一直有爬行，爬行较规律，速度波动在omm/s到130mm/s之间； 图2.8(c)比图2.8(d)中的质量减少10kg,能明显看出，产生的爬行次数减少；当m=22kg 时，爬行控制在1.5s之内，速度波动幅度较图2.8(c)有缓解；图2.8(a)中速度只在0.2s与 0.3s之间波动了一次，高速度在22mm/s之内，基本上控制住了爬行。由此证明，工作 台质量越小，对数控机床不出现爬行有帮助，越能保证数控机床的加工精度。图2.9对 应的是不同工作台质量下加速度仿真图。
2.4.4系统的不同阻尼对爬行的影响
表2.4模拟参数表
序号
系统的传动刚度
系统的阻尼
工作台质量
静动摩擦系数之差
驱动速度
l
l000n/mm
0.006n.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
2
l000n/mm
0.05n.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
3
looon/mm
o.ln.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
4
looon/mm
5 n.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
(d,
在图2.10中能够看出，系统的阻尼越大，速度波动的时间越短，幅度越小，系统越 稳定。图2.10(d)中只在0.2s和0.3s之间有一次跳动，速度高达到22mm/s,己经很好的 控制住了爬行。下面是加速度模拟仿真图：
2.4.5系统的不同传动刚度对爬行的影响：
表2.5
模拟参数表
序号
系统的传动刚度
系统的阻尼
工作台质量
静动摩擦系数之差
驱动速度
l
800n/mm
in.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
2
750n/mm
in.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
3
597 n/mm
in.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
4
500n/mm
in.s/mm
l5kg
0.05
i5mm/s
取四种不同的系统传动刚度仿真结果表明，当k=800时，系统很快达到稳定的速度 值，在工作台运动平稳前期0.2s?0.3s稍有速度波动；当k=750时，系统速度波动幅度 增加，但是0.5s后很快趋于稳定速度值；当k=597和k=500时，速度波动增大，爬行 现象严重。从此图可以看出系统的刚度对爬行的影响很大，系统刚度越小爬行越严重。
(d)
(c)
根据图2.13的加速度仿真结果，也可能够看出，系统的传动刚度越大，系统越稳定， 越不易产生爬行。
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