基于ADAMS的数控机床爬行现象的仿真分析
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床 运动 部 件 产 生爬行 的主要 原 因 ， 并提 出防止 运 动部 件 产 生爬行 的主要 措 施 。
关键 词 ： 数 控 机 床 爬 行 现 象 防 爬 措 施 Ａ ＤＡ ＭＳ
引 言
型 进行 实 体建 模 ， 如 图 ２所示 。
爬 行是 数 控 机 床常 见 而不 正 常 的运 动状 态 ， 主要 出现
行现 象往 往取 决 于机 械 传动 部 分 的特 性 。 而爬 行 一般 是 由于机床 传 动 刚度 不 够 ， 摩 擦 副 的静 动摩擦 系数之 差 大 和摩 擦 副 的振 荡 阻尼 太小 所 引起 的 。 本文 建 立 了 系统 的物理 模 型和 数 学模 型 ， 通过 理 论分 析 和仿 真 分析得 出机
图 ２ 爬 行 现 象 的 运 动 仿 真 模 型
２ 爬 行 现 象 的 仿 真 分 析
利 用 固定 变 量法 ， 分别 对 驱 动 速度 、 传 动 刚度 以及 移 动 部件 的质 量 取 不 同值 时 对 爬行 现 象 的影 响程 度 进 行 仿
用 集 中参 数离 散 化 的方 法 ，把传 动 系统 的所 有组 成 传 动 件 各 自具 有质 量 和弹 性 转 换 集 中起 来 ，将 整 个 机 械传 动
３ 结 束语
根 据 进 给系 统 的 简化 运 动学 模 型 ， 应 用 机 械系 统 动力
学 自动 分 析 软 件 Ａ Ｄ Ａ ＭＳ建 立 系 统 的 物 理 模 型 ， 通 过 动 态
Ｔ ｉ ｍ ｅ（ Ｓ ｅ Ｃ 】
分 析 了驱 动 速度 、 系 统 的传 动 刚度 、 系统 的 阻尼 、 移 动 部
程：
５ 熊 强 ｆ ｙ 兔 ， 、 ¨ 厂
㈡ ｝ｌ＾ ］ 、
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图 ４ 不 同传 动刚 度 下移 动部 件 的 速度 变化
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曼 囊 浚曼 雯 重 ； ｔ ｛ Ｉ ； ；
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０１ ０ ２ Ｔ ｝ ｍ ｅｆ ｅ ｅ ｃ ， ０ ３ Ｏ ４ ０ ５
图 ５ 不 同 质 量 下 移 动 部 件 的 速 度 变 化
设 计 与 研 究
１ ７
图 ６ 不 同 阻 尼 下 移 动 部 件 的 速 度 变 化
件 的质 量 以及 静 动 摩擦 系数 等 影 响 因素 对爬 行 现 象 的影
响程 度 。 根据 仿 真 结果 的分 析 ， 其表明 ： 当 驱 动速 度 大 于 临界速度时 ， 移动 部 件 才 不 会 发 生爬 行 现 象 ； 通 过 提 高 系 统 的传 动 刚 度 、 减少动 、 静摩擦 系数之差 、 增 加 传 动 系 统 的阻 尼均 可 以降 低 临界 速 度 ， 减小 爬 行 现 象 的 产 生 ； 同时
对 其 进 行 求 解 ，推 导 出 不产 生 爬 行 的 临界 速 度 表 达
＾ ＾
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２ ７ Ｃ
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wenku.baidu.com
Ａ ｃ ｘ ／ ｍｋ ｘ ／ ４ ７ ７ ｎｋ ｉ
通 过 上式 可 以看 出驱 动速 度 、静 、动摩 擦 力之 差 、 传
动 刚度 和 移动 部 件 的质 量对 系统 运动 平 稳性 的 影 响 。 根据 图 １ ，用 Ａ Ｄ Ａ ＭＳ ／ Ｖ ｉ ｅ ｗ模 块 中对 进 给 系统 简化 模
图 １ 进给 传 动 机构 的 运动 学 模 型
图 １中 ， ｎ ｌ 为 等效 质量 ， ｋ为 等效 刚 度 ， ｃ ｌ为 等效 粘 性 阻尼 ， Ｆ为导 轨 摩 擦 力 ， ｖ为 等 效 质 量 的 驱 动 速 度 ， ｘ为 等
效 质量 的位 移 。根 据机 械动 力 学 原 理 ，得 系统 的微 分 方
装 置 的 刚度 、 阻尼 等 都 等 效 到 丝杠 上 ， 把 这 一 传 动 系 统看 作 是 一 个 无 弹性 的集 中质 量 和 无 质 量 的 弹簧 所 组 成 的单
自 由度 系 统 ， 如 图 １所 示 。
真分 析 ， 如 图 ３至 图 ７所示 。
Ｔ ｌ …
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Ｆ
图 ３ 不 同 驱 动 速 度 下 移 动 部 件 的 速 度 变 化
滑 动导 轨 副 的静 动 摩擦 系 数 之差 比较大 。因此 ， 为 了减 小 进 给 系 统 中静 动 摩 擦 系 数 之 差 ，滚珠 丝 杠 螺 母 副 或 静 压
Ａ Ａ ｆ 。 几 ¨ ｆ ＼ ｆ ¨¨ ¨
～
丝杠 螺 母 副在 数 控机 床 上 得 到广 泛 的应 用 。
１ ６
现 代 制 造技 术 与 装 备
２ ０ １ ３ 第３ 期总 第 ２ １ ４ 期
基于 Ａ Ｄ Ａ ＭＳ的数 控 机床爬 行 现象 的仿 真分 析
尹 明 国 兰 兰
（ 内蒙古 科 技 大学 ， 包头 ０ １ ４ ０ １ ０）
摘 要 ： 数 控 机 床 爬 行 故 障 通 常 发 生 在 机 械 部 分 和 进 给 伺 服 系统 部 分 ， 因 为 数 控 机 床 进 给 系统 低 速 时 的 爬
在数 控 机 床各 传 动 系 统 的 执 行部 件 上 （ 如 刀架 系 统 、 工 作
台等） ， 且 一般 在 低 速 时 出 现 较 多 。爬 行 的 产 生严 重 影 响
到 被加 工 零 件 的尺 寸 精 度 、 定 位 精 度 和表 面 粗 糙 度 ， 加 速 导 轨 的磨 损甚 至 使机 床 不 能正 常 工作 。
１ 数 控机 床 机械 传 动 系统 的建模
机 械 传 动机 构 本身 是 一个 动 力 学 系统 ， 其 主要 运 动形
式 是转 动 和 移 动 ， 主要 由驱 动 电机 、 联轴 器 、 滚珠丝杠 、 丝 杠 支承 轴 承 和移 动部 件 组 成 。为 了简 化分 析及 计 算量 ， 应
关键 词 ： 数 控 机 床 爬 行 现 象 防 爬 措 施 Ａ ＤＡ ＭＳ
引 言
型 进行 实 体建 模 ， 如 图 ２所示 。
爬 行是 数 控 机 床常 见 而不 正 常 的运 动状 态 ， 主要 出现
行现 象往 往取 决 于机 械 传动 部 分 的特 性 。 而爬 行 一般 是 由于机床 传 动 刚度 不 够 ， 摩 擦 副 的静 动摩擦 系数之 差 大 和摩 擦 副 的振 荡 阻尼 太小 所 引起 的 。 本文 建 立 了 系统 的物理 模 型和 数 学模 型 ， 通过 理 论分 析 和仿 真 分析得 出机
图 ２ 爬 行 现 象 的 运 动 仿 真 模 型
２ 爬 行 现 象 的 仿 真 分 析
利 用 固定 变 量法 ， 分别 对 驱 动 速度 、 传 动 刚度 以及 移 动 部件 的质 量 取 不 同值 时 对 爬行 现 象 的影 响程 度 进 行 仿
用 集 中参 数离 散 化 的方 法 ，把传 动 系统 的所 有组 成 传 动 件 各 自具 有质 量 和弹 性 转 换 集 中起 来 ，将 整 个 机 械传 动
３ 结 束语
根 据 进 给系 统 的 简化 运 动学 模 型 ， 应 用 机 械系 统 动力
学 自动 分 析 软 件 Ａ Ｄ Ａ ＭＳ建 立 系 统 的 物 理 模 型 ， 通 过 动 态
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分 析 了驱 动 速度 、 系 统 的传 动 刚度 、 系统 的 阻尼 、 移 动 部
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图 ５ 不 同 质 量 下 移 动 部 件 的 速 度 变 化
设 计 与 研 究
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图 ６ 不 同 阻 尼 下 移 动 部 件 的 速 度 变 化
件 的质 量 以及 静 动 摩擦 系数 等 影 响 因素 对爬 行 现 象 的影
响程 度 。 根据 仿 真 结果 的分 析 ， 其表明 ： 当 驱 动速 度 大 于 临界速度时 ， 移动 部 件 才 不 会 发 生爬 行 现 象 ； 通 过 提 高 系 统 的传 动 刚 度 、 减少动 、 静摩擦 系数之差 、 增 加 传 动 系 统 的阻 尼均 可 以降 低 临界 速 度 ， 减小 爬 行 现 象 的 产 生 ； 同时
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图 １ 进给 传 动 机构 的 运动 学 模 型
图 １中 ， ｎ ｌ 为 等效 质量 ， ｋ为 等效 刚 度 ， ｃ ｌ为 等效 粘 性 阻尼 ， Ｆ为导 轨 摩 擦 力 ， ｖ为 等 效 质 量 的 驱 动 速 度 ， ｘ为 等
效 质量 的位 移 。根 据机 械动 力 学 原 理 ，得 系统 的微 分 方
装 置 的 刚度 、 阻尼 等 都 等 效 到 丝杠 上 ， 把 这 一 传 动 系 统看 作 是 一 个 无 弹性 的集 中质 量 和 无 质 量 的 弹簧 所 组 成 的单
自 由度 系 统 ， 如 图 １所 示 。
真分 析 ， 如 图 ３至 图 ７所示 。
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图 ３ 不 同 驱 动 速 度 下 移 动 部 件 的 速 度 变 化
滑 动导 轨 副 的静 动 摩擦 系 数 之差 比较大 。因此 ， 为 了减 小 进 给 系 统 中静 动 摩 擦 系 数 之 差 ，滚珠 丝 杠 螺 母 副 或 静 压
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丝杠 螺 母 副在 数 控机 床 上 得 到广 泛 的应 用 。
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现 代 制 造技 术 与 装 备
２ ０ １ ３ 第３ 期总 第 ２ １ ４ 期
基于 Ａ Ｄ Ａ ＭＳ的数 控 机床爬 行 现象 的仿 真分 析
尹 明 国 兰 兰
（ 内蒙古 科 技 大学 ， 包头 ０ １ ４ ０ １ ０）
摘 要 ： 数 控 机 床 爬 行 故 障 通 常 发 生 在 机 械 部 分 和 进 给 伺 服 系统 部 分 ， 因 为 数 控 机 床 进 给 系统 低 速 时 的 爬
在数 控 机 床各 传 动 系 统 的 执 行部 件 上 （ 如 刀架 系 统 、 工 作
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到 被加 工 零 件 的尺 寸 精 度 、 定 位 精 度 和表 面 粗 糙 度 ， 加 速 导 轨 的磨 损甚 至 使机 床 不 能正 常 工作 。
１ 数 控机 床 机械 传 动 系统 的建模
机 械 传 动机 构 本身 是 一个 动 力 学 系统 ， 其 主要 运 动形
式 是转 动 和 移 动 ， 主要 由驱 动 电机 、 联轴 器 、 滚珠丝杠 、 丝 杠 支承 轴 承 和移 动部 件 组 成 。为 了简 化分 析及 计 算量 ， 应