回轉工作臺的工作性能|加工中心
2.2回轉工作臺的工作性能回轉工作臺是一個通過傳動裝置支撐工件實現回轉和分度，并配有夾緊裝 置的部件。它主要有三個功能：支撐工件、定位基準和傳遞運動。它的性能要 求有兩點：一是尺寸要求，其臺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，工作臺的材料靜剛度要高，動剛度要好，溫度分布均勻， 受力要合理，耐磨性和抗振性要好。目前，回轉工作臺正向著“一快一高”發展趨勢[28]進行，即向著回轉速度 快和回轉精度高的方向發展。這對回轉工作臺的工作性能提出了更高的要求， 工作臺的工作性能主要指加工質量。評價其加工質量的指標就是被加工零部件 的表面光潔度和最高精度，這兩點都與回轉工作臺的抗震性和穩定性等動態性 能1^|'切相關。影響回轉工作臺工作性能的重要因素如圖2.2所示.由圖可知，電機的振動， 蝸輪蝸桿傳動中的振動以及齒輪傳動帶來的振動都將影響回轉工作臺的工作性 能。提高工作臺系統的工作性能的方法就是將減小工作臺傳動系統間的動不穩 定因素，提高工作臺的靜剛度和動態性能[29]。提高工作臺的靜剛度是指提高工作臺抵抗機床在加工過程中各種作用力的 能力，而提高工作臺的動態特性，就是要控制工作臺系統的振動量，使之符合 機械加工過程的需求量。振動對工作臺系統的影響極大，不僅影響機械結構與 系統的工作精度，還會造成機械系統的惡性破壞甚至失效。振動的產生主要來 源于兩方面：激勵帶來的振動和系統響應帶來的振動^3132]。1、激勵造成的振動方式：1) 自由振動。自由振動是系統受初始激勵后不再受外界激勵的振動，一般 指的是彈性系統偏離于平衡狀態以后，不再受外界激勵情形下所發生的振動。 該振動通過系統自身進行調節控制，所以其振動的頻率又稱之為系統自身的頻 率，即系統固有頻率。2) 強迫振動。強迫振動是系統在外界控制的激勵作用下的振動，指的是彈 性系統在受外界控制的激勵作用下發生的振動。這時，即使振動被完全抑止， 激勵也照樣存在。3) 自激振動又稱顫振。自激振動是系統在自身控制的激勵作用下的振動， 指的是激勵受系統振動本身控制的振動。在適當的反饋作用下，系統會自動地 激起定幅振動，但一旦振動被抑止，激勵也就隨同消失。4) 參激振動。參激振動是系統自身參數變化激發的振動。這種激勵方式是 通過周期地或隨機地改變系統的特性參數來實現的。2、 系統響應產生的振動方式：1) 確定振動。這類振動的響應是關于時間的確定函數。根據響應存在時間 的長短分為瞬態振動和穩態振動，不言而喻，前者只是在較短的時間中發生， 后者可在充分長的時間中進行。另外在確定振動中，根據響應是否有周期性還 可以進一步分類。(1) 簡諧振動：響應為時間的正弦和余弦函數。(2) 周期振動：響應為時間的周期函數，可用頻譜分析方法展開為一系列 周期可通約的簡諧振動的疊加。(3) 準周期振動：若干個周期不可通約的簡諧振動組合而成的振動。(4) 混沌振動：響應為時間的始終有限的非周期函數。2) 隨機振動。這類振動的響應是時間的隨機函數，只能用概率統計的方法 進行描述。3、 振動的控制類型：1) 振動被動控制就是當振動產生后，采取減振、消振、吸振和組振等控制 方法，被動的抑止振動的控制方法。由于振動被動控制不需要外界能源，只需 裝配簡單的結構裝置，比較容易操作和實現，而且成本較低可靠性也好，在許 多工程中都有應用。但隨著科技的不斷進步，人們對振動環境、機床振動特性 的要求不斷提高，振動被動控制的局限性越來越明顯，人們開展探求新的振動 控制方式。于是，振動主動控制被提出。2) 振動主動控制概念的提出是20世紀20年代，剛開始只是一個采用電磁 閥控制的緩沖器，到現在已經應用到航空航天領域。目前，振動主動控制研究 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系。控制率設計方 法不僅能夠滿足動態響應和動穩定性等性能，還可根據需求設計出具有很強魯 棒性的控制率。控制器的魯棒性是指閉環系統特性對控制器參數和受控對象等 參數變化不敏感，這決定著控制率設計的質量問題。對工作臺系統可以動態設 計進行振動控制優化。該方法還沒有完全成熟，目前主要采用結構優化方法。綜上所述，雖然系統的振源和振動方式容易找到，但消除振動還有許多的 技術難題，目前主要采用以下幾種方法進行振動控制：（1)消振法，即消除振 源的方法，通過加擾流器破壞因電機不平衡剛性或柔性轉子帶來的離心力及力 矩所產生的卡門渦；（2)隔振法，在電機和蝸桿之間添加隔振器，減小振動的 傳遞；（3)吸振法，在工作臺上設置吸震器，用它產生的吸振力減小響應產生 的振動；（4)結構優化方法[33]，通過修改結構參數優化動態設計，使工作臺的 振動滿足預定的水準，則不需要添加其它的子系統來控制振動，目前此方法目 前備受關注。