回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作性能|加工中心
2.2回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作性能回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是一個(gè)通過(guò)傳動(dòng)裝置支撐工件實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)和分度，并配有夾緊裝 置的部件。它主要有三個(gè)功能：支撐工件、定位基準(zhǔn)和傳遞運(yùn)動(dòng)。它的性能要 求有兩點(diǎn)：一是尺寸要求，其臺(tái)面尺寸一定要容納加工工件的******輪廓尺寸；二是材料性能要求，工作臺(tái)的材料靜剛度要高，動(dòng)剛度要好，溫度分布均勻， 受力要合理，耐磨性和抗振性要好。目前，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)正向著“一快一高”發(fā)展趨勢(shì)[28]進(jìn)行，即向著回轉(zhuǎn)速度 快和回轉(zhuǎn)精度高的方向發(fā)展。這對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作性能提出了更高的要求， 工作臺(tái)的工作性能主要指加工質(zhì)量。評(píng)價(jià)其加工質(zhì)量的指標(biāo)就是被加工零部件 的表面光潔度和最高精度，這兩點(diǎn)都與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的抗震性和穩(wěn)定性等動(dòng)態(tài)性 能1^|'切相關(guān)。影響回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工作性能的重要因素如圖2.2所示.由圖可知，電機(jī)的振動(dòng)， 蝸輪蝸桿傳動(dòng)中的振動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)帶來(lái)的振動(dòng)都將影響回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作性 能。提高工作臺(tái)系統(tǒng)的工作性能的方法就是將減小工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)間的動(dòng)不穩(wěn) 定因素，提高工作臺(tái)的靜剛度和動(dòng)態(tài)性能[29]。提高工作臺(tái)的靜剛度是指提高工作臺(tái)抵抗機(jī)床在加工過(guò)程中各種作用力的 能力，而提高工作臺(tái)的動(dòng)態(tài)特性，就是要控制工作臺(tái)系統(tǒng)的振動(dòng)量，使之符合 機(jī)械加工過(guò)程的需求量。振動(dòng)對(duì)工作臺(tái)系統(tǒng)的影響極大，不僅影響機(jī)械結(jié)構(gòu)與 系統(tǒng)的工作精度，還會(huì)造成機(jī)械系統(tǒng)的惡性破壞甚至失效。振動(dòng)的產(chǎn)生主要來(lái) 源于兩方面：激勵(lì)帶來(lái)的振動(dòng)和系統(tǒng)響應(yīng)帶來(lái)的振動(dòng)^3132]。1、激勵(lì)造成的振動(dòng)方式：1) 自由振動(dòng)。自由振動(dòng)是系統(tǒng)受初始激勵(lì)后不再受外界激勵(lì)的振動(dòng)，一般 指的是彈性系統(tǒng)偏離于平衡狀態(tài)以后，不再受外界激勵(lì)情形下所發(fā)生的振動(dòng)。 該振動(dòng)通過(guò)系統(tǒng)自身進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，所以其振動(dòng)的頻率又稱之為系統(tǒng)自身的頻 率，即系統(tǒng)固有頻率。2) 強(qiáng)迫振動(dòng)。強(qiáng)迫振動(dòng)是系統(tǒng)在外界控制的激勵(lì)作用下的振動(dòng)，指的是彈 性系統(tǒng)在受外界控制的激勵(lì)作用下發(fā)生的振動(dòng)。這時(shí)，即使振動(dòng)被完全抑止， 激勵(lì)也照樣存在。3) 自激振動(dòng)又稱顫振。自激振動(dòng)是系統(tǒng)在自身控制的激勵(lì)作用下的振動(dòng)， 指的是激勵(lì)受系統(tǒng)振動(dòng)本身控制的振動(dòng)。在適當(dāng)?shù)姆答佔(zhàn)饔孟拢到y(tǒng)會(huì)自動(dòng)地 激起定幅振動(dòng)，但一旦振動(dòng)被抑止，激勵(lì)也就隨同消失。4) 參激振動(dòng)。參激振動(dòng)是系統(tǒng)自身參數(shù)變化激發(fā)的振動(dòng)。這種激勵(lì)方式是 通過(guò)周期地或隨機(jī)地改變系統(tǒng)的特性參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2、 系統(tǒng)響應(yīng)產(chǎn)生的振動(dòng)方式：1) 確定振動(dòng)。這類振動(dòng)的響應(yīng)是關(guān)于時(shí)間的確定函數(shù)。根據(jù)響應(yīng)存在時(shí)間 的長(zhǎng)短分為瞬態(tài)振動(dòng)和穩(wěn)態(tài)振動(dòng)，不言而喻，前者只是在較短的時(shí)間中發(fā)生， 后者可在充分長(zhǎng)的時(shí)間中進(jìn)行。另外在確定振動(dòng)中，根據(jù)響應(yīng)是否有周期性還 可以進(jìn)一步分類。(1) 簡(jiǎn)諧振動(dòng)：響應(yīng)為時(shí)間的正弦和余弦函數(shù)。(2) 周期振動(dòng)：響應(yīng)為時(shí)間的周期函數(shù)，可用頻譜分析方法展開為一系列 周期可通約的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加。(3) 準(zhǔn)周期振動(dòng)：若干個(gè)周期不可通約的簡(jiǎn)諧振動(dòng)組合而成的振動(dòng)。(4) 混沌振動(dòng)：響應(yīng)為時(shí)間的始終有限的非周期函數(shù)。2) 隨機(jī)振動(dòng)。這類振動(dòng)的響應(yīng)是時(shí)間的隨機(jī)函數(shù)，只能用概率統(tǒng)計(jì)的方法 進(jìn)行描述。3、 振動(dòng)的控制類型：1) 振動(dòng)被動(dòng)控制就是當(dāng)振動(dòng)產(chǎn)生后，采取減振、消振、吸振和組振等控制 方法，被動(dòng)的抑止振動(dòng)的控制方法。由于振動(dòng)被動(dòng)控制不需要外界能源，只需 裝配簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)裝置，比較容易操作和實(shí)現(xiàn)，而且成本較低可靠性也好，在許 多工程中都有應(yīng)用。但隨著科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)振動(dòng)環(huán)境、機(jī)床振動(dòng)特性 的要求不斷提高，振動(dòng)被動(dòng)控制的局限性越來(lái)越明顯，人們開展探求新的振動(dòng) 控制方式。于是，振動(dòng)主動(dòng)控制被提出。2) 振動(dòng)主動(dòng)控制概念的提出是20世紀(jì)20年代，剛開始只是一個(gè)采用電磁 閥控制的緩沖器，到現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到航空航天領(lǐng)域。目前，振動(dòng)主動(dòng)控制研究 的中心是控制率，控制率是控制器輸入與輸出之間的傳遞關(guān)系。控制率設(shè)計(jì)方 法不僅能夠滿足動(dòng)態(tài)響應(yīng)和動(dòng)穩(wěn)定性等性能，還可根據(jù)需求設(shè)計(jì)出具有很強(qiáng)魯 棒性的控制率。控制器的魯棒性是指閉環(huán)系統(tǒng)特性對(duì)控制器參數(shù)和受控對(duì)象等 參數(shù)變化不敏感，這決定著控制率設(shè)計(jì)的質(zhì)量問題。對(duì)工作臺(tái)系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)設(shè) 計(jì)進(jìn)行振動(dòng)控制優(yōu)化。該方法還沒有完全成熟，目前主要采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。綜上所述，雖然系統(tǒng)的振源和振動(dòng)方式容易找到，但消除振動(dòng)還有許多的 技術(shù)難題，目前主要采用以下幾種方法進(jìn)行振動(dòng)控制：（1)消振法，即消除振 源的方法，通過(guò)加擾流器破壞因電機(jī)不平衡剛性或柔性轉(zhuǎn)子帶來(lái)的離心力及力 矩所產(chǎn)生的卡門渦；（2)隔振法，在電機(jī)和蝸桿之間添加隔振器，減小振動(dòng)的 傳遞；（3)吸振法，在工作臺(tái)上設(shè)置吸震器，用它產(chǎn)生的吸振力減小響應(yīng)產(chǎn)生 的振動(dòng)；（4)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法[33]，通過(guò)修改結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，使工作臺(tái)的 振動(dòng)滿足預(yù)定的水準(zhǔn)，則不需要添加其它的子系統(tǒng)來(lái)控制振動(dòng)，目前此方法目 前備受關(guān)注。