[发明专利]一种数控机床竖直轴进给系统配重点位置的确定方法

说明书

本发明提供一种数控机床竖直轴进给系统配重点位置的确定方法，在数控机床竖直轴进给系统的设计阶段实现配重点位置的主动设计，使其避开振源频率，最终为实现高精高效切削参数提供理论依据。在竖直轴进给系统的设计初始阶段，给出不同配重点位置下各个导轨滑块副的受力变化区间、各个导轨滑块副的等效刚度的变化区间以及对应的竖直轴进给系统模态频率的分布规律，实现配重点位置的主动设计，为选择合适的主轴转速、切削参数等提供理论依据。

技术领域

本发明涉及机床装备设计与制造技术领域，具体为一种数控机床竖直轴进给系统配重点位置的确定方法。

背景技术

典型的立式加工中心，作为制造业的工作母机，在船舶、航空航天、汽车等制造领域得到了广泛的应用。

针对中型及其以上的加工中心，由于移动部件重力较大，因此要进行设计配重系统以此来平衡移动部件的重力。而配重点位置很难设计在移动部件的质心位置，这就会导致移动部件产生倾覆力矩，其数值的大小与配重点位置有关。倾覆力矩的大小会直接影响约束移动部件的导轨滑块副的法向/切向受力状态，进而影响导轨滑块副动结合部的接触刚度，最终影响系统的模态频率分布，因此不能将其模态频率看作理想值来选取高精高效的加工参数，否则可能会引起加工颤振等现象，影响零件的加工质量。

针对带有配重系统的数控机床竖直轴进给系统配重点位置的确定问题，设计工程师大都是根据自己的工程经验，并结合该系统的物理空间来确定，导致不同工程师对系统配重点位置的选择常常会有区别，导致该系统的模态频率分布也不相同，最终会影响零件的加工质量。因此，针对上述问题，需量化带有配重系统的数控机床竖直轴进给系统的模态频率分布，为主轴转速、切削参数选择、振源频率选择以及系统控制参数选择提供理论依据，最终实现零件的高精高效加工。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种数控机床竖直轴进给系统配重点位置的确定方法，在数控机床竖直轴进给系统的设计阶段实现配重点位置的主动设计，使其避开振源频率，最终为实现高精高效切削参数提供理论依据。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种数控机床竖直轴进给系统配重点位置的确定方法，包括以下步骤：

步骤1，利用CAD软件通过建立的CAD模型获取数控机床竖直轴进给系统中竖直移动部件的质心位置，并确定含有移动部件质心位置坐标系的竖直轴进给系统的结构，两导轨之间的跨距，两滑块之间的间距，以及结构的尺寸关系；

步骤2，根据尺寸关系，基于力平衡原理分析不同配重点位置、导轨跨距和滑块间距下的导轨滑块副的受力状态，定量计算得出各个导轨滑块副的法向受力和切向受力与配重点位置、滑块间距、导轨跨距之间的关系；

步骤3，根据不同配重点位置、导轨跨距和滑块间距下的各个导轨滑块副的法向受力和切向受力数值，结合弹性赫兹接触理论计算出每个导轨滑块副的等效法向刚度与切向刚度；

步骤4，根据竖直轴进给系统的结构以及尺寸关系，将动结合部等效为弹簧阻尼单元，将丝杠杆等效为n节点2n自由度的梁单元，将移动部件等效为集中质量单元，采用混合单元法对竖直轴进给系统进行动力学模型等效，得到等效动力学模型；

步骤5，根据等效的动力学模型和达朗贝尔原理以及尺寸关系，建立竖直轴进给系统的变系数动力学方程，求解该竖直轴进给进给系统的模态频率分布规律；根据模态频率分布规律得到数控机床竖直轴进给系统配重点位置。

优选的，步骤1中，以移动部件的移动方向为Z轴，以平行移动部件的方向为Y轴，以垂直移动部件的方向为X轴，建立移动部件质心位置坐标系；则所述的结构尺寸关系包括，

配重点位置沿X向与移动部件质心之间距离l₃，

配重点位置沿Y向与移动部件质心之间距离l₄，