基于ADAMS的数控机床爬行现象的仿真分析
数控机床爬行与振动故障研究
数控机床爬行与振动故障研究摘要本文结合当前数控机床爬行与故障展开了研究和讨论。
旨在说明出现这种故障的原因和引发因子，笔者从实际工作出发，经过大量的研究和分析，对当前数控机床在工作的过程中所出现爬行问题，给出了相应的解析，同时还针对实际情况提供了一些诊断方法和预报技术，为数控机床的维修和调试提供指导依据。
关键词故障分析；数控机床；动态特性数控机床在调试和运行过程中出现的爬行现象是一种经常性的故障，直接对数控机床造成严重的后果，经济损失也是相当引人注目的。
经过大量的研究发现，引发这种故障的主要原因有液压、机械、电气、润滑等很多方面，它们之间都存在着一种紧密的衔接关系，相互紧密地交织在一起。
我们需要在实践中经常性的发现问题，开拓思想，积累经验，逐渐学会剖析故障的能力，最终总结出解决问题的最佳方案。
本文就针对若干种经常性的爬行与振动情况一一进行了研究和解答，同时例举了多种故障元器件和故障表现形式，并拟定和提出了解决此故障的策略和相关意见。
1 摩擦阻力引起的爬行众所周知，机床床身的工作台和导轨导轨面都是依据刮削或磨削的，形成一个平顺而光滑的表面，但是，在事实上这个表面还是呈现着一定程度的微峰，这些微峰以犬牙形状参差不起地镶嵌在表面平台之上。
因为滑动导轨的两个接触面都是通过微峰峰尖接触，所以在它们之间的难免会出现微小的接触面，可想而知，峰尖上所要承受的压力就是向当地高了，在一定程度上已经达到了弹性变形最大值，特别是一些大(重)型的数控机床。
通过实验发现，当接触点发生了塑性变形之后，其金属分子就会产生一定强度的粘着反应，加上微峰之间的交错啮合，在他们相对运行的时候就很容易出现数控机床的爬行和振动现象。
这就是机床运动的两导轨上所出现的摩擦阻力的原因。
如果机床在运行中出现了爬行现象，那么此时一定是在低速运动，两导轨面之间难以形成高速运动时的动压油膜，所以出现了因微峰直接接触的边界润滑。
这个时候两导轨表面的微峰之间能够直接接触，压力比较高，所以直接导致了塑性变形，因运动而引发的接触局部升温，出现了金属分子之间的粘着，通常称为“冷焊”，这个时候两导轨间的摩擦系数是最高的。
数控机床进给系统爬行与振动故障分析
数控机床进给系统爬行与振动故障分析发布时间：2021-06-04T04:35:56.217Z 来源：《中国科技人才》2021年第9期作者：王森[导读] 在驱动移动部件低速运行过程中，数控机床进给系统会出现移动部件开始时不能启动，启动后又突然作加速运行，而后又停顿，继而又作加速运动，移动部件如此周而复始，忽停忽跳，忽快忽慢的运动现象称为爬行。
而当其以高速运行时，移动部件有会出现明显的振动。
中国航发西安动力控制科技有限公司 710077摘要：本文通过对数控设备发生爬行与振动故障原因的分析，总结了一些解决此类问题的方法。
关键词：数控设备；振动；维修1：前言在数控设备维修实践中，经常发生机床振动的故障。
但引起的原因多，如何找到故障点，找到真正的振动源，需要对故障现象进行分析和判断。
2：总结通过近几年来对数控机床维修的经验，我对数控机床进给系统爬行与振动故障的检测与维修总结了以下几点：2.1：数控机床进给系统爬行与振动现象及产生的原因：在驱动移动部件低速运行过程中，数控机床进给系统会出现移动部件开始时不能启动，启动后又突然作加速运行，而后又停顿，继而又作加速运动，移动部件如此周而复始，忽停忽跳，忽快忽慢的运动现象称为爬行。
而当其以高速运行时，移动部件有会出现明显的振动。
对于数控机床进给系统产生爬行的原因，一般认为是由于机床运动部件之间润滑不好，导致机床工作台移动时静摩擦阻力增大。
当电机驱动时，工作台不能向前运动，使滚珠丝杠产生弹性变形。
把电机的能量贮存在变形上，电机继续驱动，贮存能量所产生的弹性力大于静摩擦力时，机床工作台向前蠕动，周而复始的这样运动，产生了爬行的现象。
事实上这只是其中一个原因，产生这种故障的原因还可能是机械进给传动链出现了故障，也可能是电气部分的问题，还可能是机械与电气综合故障所致。
2.2：爬行与振动故障诊断与排除：对于数控机床出现的爬行与振动故障，不能急于下结论，而应根据产生故障的可能性，罗列出可能造成数控机床爬行与振动有关因素。
机床爬行机理研究及ADAMS运动仿真参数分析
第２期（总第１７７期）２０１３年４月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．２Ａｐｒ．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１３）０２‐０００７‐０３机床爬行机理研究及ＡＤＡＭＳ运动仿真参数分析朱如虎１，贾育秦１，张 华２，巩丽琴１，李建成１，彭宁涛１（１．太原科技大学机械工程学院，山西 太原 ０３００２４；２．中机国际工程设计研究院有限责任公司，湖南 长沙 ４１０００７）摘要：对机床导轨爬行现象的机理进行了理论分析，并在理论分析的基础上建立起简化的二元摩擦振子物理模型，根据该物理模型推导出由影响爬行现象的各主要参数表示的数学模型。
通过ＡＤＡＭＳ软件的运动学仿真，对数学模型中的各个参数进行调试，验证了各主要参数之间的相互影响关系。
通过比较影响机床爬行的各个参数方案，获得最佳结果。
关键词：机床导轨；爬行；机理分析；ＡＤＡＭＳ；仿真中图分类号：ＴＧ５０２畅１∶ＴＰ３９１畅９ 文献标识码：Ａ太原科技大学研究生科技创新资助项目（２０１１１０１９）收稿日期：２０１２‐１０‐１７；修回日期：２０１２‐１０‐２４作者简介：朱如虎（１９８６‐），男，山东单县人，在读硕士研究生，主要研究方向为机床导轨动态结合面优化。
０ 引言机床导轨的爬行现象是一种常见的不正常的运动状态，它将严重地影响加工工件表面质量和机床的定位精度，尤其是在高精密、超高精密的机床中尤为严重，因此研究如何从根本上消除爬行对机床加工精度的影响意义重大。
国内外众多学者关于爬行现象的研究早就有之，但并没有得出统一的结论［１］。
本文在理论分析的基础上运用ＡＤＡＭＳ软件对机床爬行建立动态仿真模型，通过研究各主要参数的变化来分析机床爬行产生的原因。
１ 爬行的机理分析考虑到机床导轨运行的实际情况，可以将联轴器、齿轮、丝杠螺母副简化为一个刚度为ｋ的弹簧和一个阻尼为ｃ的等效阻尼，工作台与导轨之间的摩擦力为Ｆ［２］。
当电机以匀速ｖ０驱动时，由于有摩擦力的影响，在电机转动的一小段时间里，工作台静止不动，弹簧被压缩存储能量，直到弹簧的弹性力超过静摩擦力的时候，工作台开始移动。
数控机床爬行现象的原因和对策
浅析数控机床爬行现象的原因和对策摘要：本文对数控机床的爬行现象进行了分析，建立了爬行现象的力学模型，提出了消除爬行现象的措施。
关键词：数控机床爬行低速运动数控机床在低速运动下会发生时快时慢时走时停的爬行现象，影响加工表面的加工质量，表面粗糙度及定位精度。
数控机床爬行还会造成磨擦副的加速磨损，影响机床零件的使用寿命，缩短刀具的使用寿命，机床导轨爬行严重时，甚至使机床丧失加工能力。
因此，数控机床在低速下的爬行问题的研究显得尤为重要[1-4]。
1.爬行现象的定义爬行广义的是指运动部件非匀速运动，如图1所示。
在机床的进给运动和调整运动中，由于运动速度很低，通常出现如图1形式的爬行，即时走时停形式的运动，也就是所谓的粘滑运动[5]。
这种形式的爬行在机床中较为常出现，所以我们通常所指的爬行，主要是指粘滑运动。
图1爬行的两种形式2.爬行现象的力学模型[6-7]由于爬行现象实际上就是一种摩擦自激振动现象，为对其系统进行分析，可以将数控机床进给系统简化为单自由度系统模型。
各轴之间传动看成弹簧刚度的串联，而阻尼重点考虑导轨和工作台，忽略其它次要因素，这样就将复杂的系统简化为单自由度系统。
物理模型如图2所示：图2爬行现象的力学模型v0——驱动速度；k——系统刚度；c——系统阻尼；m——移动部件的质量；x（t）——移动部件的位移；（t）——移动部件的速度；f——摩擦力根据图2列出动力学方程：m+c（-v0）+k（x-v0t）+f=0 （1）解此方程并推导出机床爬行的临界速度公式：vc=δf4πξkm（m/s）（2）式中：δf——静动摩擦力之差（n）ξ——振动系统的阻尼比m—运动部件的质量（kg）从公式（2）中可以看到影响机床爬行的几个因素有：系统刚度，动静摩擦力之差，移动部件的质量和系统中的阻尼。
（1）传动刚度的影响重型数控车床纵向进给系统的系统刚度越大，临界爬行速度越低，爬行现象越不明显。
（2）δf的影响工作台与导轨之间的动静摩擦系数之差是产生爬行的根本原因，差值越大，临界速度越高，越容易出现爬行现象。
有关数控机床的爬行因素与解决技巧分析
有关数控机床的爬行因素与解决技巧分析作者：成建峰,李太松,欧杰来源：《科技传播》2012年第07期摘要本文详细介绍了数控机床的爬行因素，通过逐项排除法对机床出现故障的原因进行分析，为机床维修人员提供了一定的参考资料。
关键词数控机床，爬行；维修；逐项排除法中图分类号TG659 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）64-0038-02通常情况下，数控机床的爬行现象出现在当机床低速运行或者开始启动时，进给系统的移动部位不能运行，然后突然又加速运行，接着又停止运转，然后又开始运行，始终在启动、停止和快速运转之间相互转化。
机床的爬行现象属于进给系统无报警故障。
当机床在运行过程中出现爬行现象时，机床维修工作者应当抵达现场问清在机床发生爬行现象前后机床所表现出的各种工作形式，尔后寻找发生爬行现象的原因，同时采取相应的措施进行维修。
1 对机床出现故障的运行状态进行全面的了解和熟悉当机床出现故障时，机床维修工作者应当及时抵达现场对状况进行充分的了解，包括以下3点：1）对出现故障的数控机床的运用状况进行了解，看该机床是运用数年的还是刚刚安装的；2）了解该次故障是在机床低速运行情形下出现的，还是在刚启动的状况下发生的。
倘若该故障出现在机床低速运行的情形下，那么应当对此时机床在加工还是在移动的工作状态进行熟悉，了解机床加工的是哪一种程序，在加工其他程序的过程中是不是也出现过类似的现象；倘若该故障出现在机床刚刚启动的情形下，那么在该次故障发生之前机床的工作状态是不是正常，还是机床表现出一些不正常状态但依然能够启动；3）当数控机床出现故障时是不是存在一些外界干扰或者异常现象。
2 根据掌握的情况，寻找爬行现象出现的部位当数控机床出现一些爬行现象时，表现最直接的一个部位就是机床的转动部位出现了循环性移动。
从数控系统发出信息到移动部件，中间要经过数控系统、伺服系统、检测部位，只有完成该程序的传递后方可实现移动部件的运转，因此，只要这些部位中的任何一个部分出现故障时都会导致数控机床出现爬行现象。
机床导轨爬行现象的产生机理研究
机床导轨爬行现象的产生机理研究摘要：机床导轨爬行现象直接影响着这个机床系统的加工质量，危害很大。
该文通过对机床导轨系统的简易模型研究出发，通过对振动方程的分析，研究机床导轨系统振动机理，讨论导致机床导轨爬行现场产生的原因。
同时，针对爬行问题的解决，提出一系列的防治措施和对策。
关键词：机床爬行现象摩擦自激振动1 机床导轨爬行的产生机理1.1 机床导轨给进系统的模型关于机床导轨给进系统的简化运动模型如图1所示。
机床的驱动系统一个弹性系统，机床导轨在进行运行的时候，传送带驱动体以速度v向左进行匀速的运动。
在移动开始的短时间内，因为摩擦阻力的因素影响，质体M是静止的。
驱动弹性系统的弹簧开始压缩。
驱动体移动弹簧压缩，当移动达到一定距离x0的时候，弹簧的弹性势能K大于静摩擦力F的时候，质体M移动。
移动后摩擦力发生变化，由静摩擦力F向动摩擦力F转化。
由摩擦力的特性可推断出F<K。
弹簧势能到一定程度后给释放给质体M以加速度作用，弹簧势能减弱到与动摩擦力相等时，理论上来讲质体M的运动应该是匀速的。
但是因为惯性的影响，质体M依然存在加速度向前跳跃，弹簧的弹性势能减小到低于摩擦力，摩擦力在缺乏降低特性的条件下发挥作用，因此不会产生导轨爬行的现象。
但是，因为存在阻力，质体M 逐渐减速。
如果惯性较大，弹性势能不足以保持质体M的运动而使其停顿。
这种运动过程的连续重复出现的结果就显示成为机床导轨的爬行现象。
1.2 机床导轨系统爬行运动的微分方程从方程（1）中可见，质体M爬行现象的产生受其本身质量m，弹簧刚度k及其阻尼系统c1的影响，同时跟随着滑动速度变化的摩擦力变化f也有关系。
但是要确定导轨与质体间的摩擦特性是存在一定的难度的，所以现今对导轨系统的爬行机理也只是以描述不同方式的使用来加以实现。
通过对系统的研究分析发现，在速度变化不明显的情况下，摩擦力在偏离静态的瞬时变化与速度变化成正比例关系。
以C2来代表瞬时摩擦力，进行推理计算可得出结论方程式，来判断导轨系统是否稳定。
ADAMS软件在工程机械系统仿真中的应用案例
无弹簧时
分析模型
座位上下运动曲线
理论计算简介 对于座位体，质量为M，整体力平衡式可写为：
MX CX KX MG F 0
解上述方程即可得到座位的运动，并加以绘 制曲线。
ADAMS软件分析过程简介
建立模型样机
第一步：可简化建立样机，座位为一长 方体，底盘也简化为一长方体。注意：简化 时要保证质心位置不变、质量不变。
第四步：修改个零部件的物理特性。视图在由 CAD软件调入ADAMS软件后，其各部件的物理 特性丢失，只保留了几何特性，所以，为进行 系统仿真，需要对每一个零部件添加材料特性， 步骤如下：
将鼠标放在要修改的零部件上，点击右键， 依次选择：浮动菜单的第一项part—modify， 打开修改对话框；
此处选择 质量特征
第五讲 ADAMS软件在工程机械 系统仿真中的应用
一、ADAMS应用总述 二、综合实例
刚体运动方程
rT
mr''
F
'T
J'
.
'
~
'
J''
n'
0
Hale Waihona Puke 点在参考坐标系中位置表示及位移、速度、加速 度表示
r r0 As
r' r0' As
r''
r0''
''
As
利用adams仿真软件对机械系统进行仿真过程：
建模
*利用Adams软件建模工具
系统几何建模
直接建立样机模型 *利用其它软件建立模型
后输入Adams软件
施加约束和运动 施加载荷
测量调试
(机床)液压传动产生爬行的原因分析与排除方法
（机床）液压传动产生爬行的原因分析与排除方法摘要：在使用与维修液压传动设备时，会遇到爬行现象，文章通过对机床产生爬行这一现象进行了系统分析，从产生的原因到解决的方法进行了详细的阐述，从而达到提高产品的加工质量，满足产品的加工工艺要求，以及延长设备的使用寿命的目的。
关键词：爬行原因；控制方法前言：爬行是机床常见而不正常的运动状态，主要出现在液压机床各传动系统的执行部件上（工作台等），且一般在低速运动时出现。
进给运动中的爬行现象破坏了系统运动的均匀性，不仅使被加工件精度和表面质量下降，也会破坏加工的稳定性，使机床导轨加速磨损，甚至产生废品和事故。
液压传动是以液体（通常是油液）作为工作介质，利用液体压力来传递动力和进行控制的一种传动方式。
它通过液压泵，将电动机的机械能转换为液体的压力能，又通过管路、控制阀等元件，经液压缸（或液压马达）将液体的压力能转换为机械能，驱动负载和实现执行机构的运动。
由于液压传动具有明显的优点，因此发展迅速，得到广泛的使用，尤其在高效率的自动化、半自动化机械中，应用更为广泛。
当前，液压技术已经成为机械工业发展的一个重要方面。
一般来说，可将液压系统分成四部分；（1）能源装置——是将机械能转换成液压能转换装置，即液压系统中的液压泵，为系统提供压力油。
（2）执行元件——把液压能转换成机械能的能量转换装置。
常有作直线运动的液压缸和实现回转运动的液压马达。
（3）控制调节元件——对系统中油液压力、流量进行控制调节及改变油液流动方向的各种调控元件，统称为阀。
主要有压力阀、流量阀、换向阀等。
（4）辅助装置——起辅助作用的其他元件。
如油管、油箱、过滤器等。
在我车间所用的机加工设备中，多数以上为液压传动，在使用与维修液压传动设备中，会遇到导轨面运动速度低时，就出现爬行现象。
这就使得液压设备的使用范围受到了影响和限制，从而无法满足加工件的工艺要求，也影响了加工件的产品质量。
1爬行现象分析机床进给系统的运动件，当其运行速度低到一定值时，不是作连续匀速运动，而是时走时停、忽快忽慢，这种现象称之为爬行。
基于ADAMS的仿壁虎爬壁机器人的运动仿真
基金项目:国家自然科学基金项目(90407018)收稿日期:2006-08-22 修回日期:2006-08-23 第24卷 第9期计 算 机 仿 真2007年9月 文章编号:1006-9348(2007)09-0133-04基于ADA M S 的仿壁虎爬壁机器人的运动仿真孙丽红1,2,汪小华1,梅涛1,吕晓庆1,2(1.中国科学院合肥智能机械研究所,安徽合肥230031; 2.中国科学技术大学,安徽合肥230026)摘要:为实现在不同环境的壁面上自由爬行,设计了应用仿壁虎微纳米粘附阵列的爬壁机器人,建立了机器人的动力学模型及足部与壁面之间的接触模型,并利用机械系统动力学软件ADAMS 的仿真功能,对机器人沿垂直壁面爬行的运动特性进行了仿真。
利用ADAMS 的后处理模块的分析功能,重点研究了在一个运动周期内,模型整体质心的位移、电机转矩以及足部与壁面之间的接触力随时间的变化情况。
仿真结果表明该仿壁虎爬壁机器人能够以约26mm /s 的速度沿着垂直的壁面平稳地运动,不存在波动和偏离。
这为下一步研制仿壁虎爬壁机器人的物理样机提供了理论指导,也为其他仿生机器人的研究提供了参考。
关键词:仿壁虎;爬壁机器人;仿真;粘附阵列中图分类号:TP39 文献标识码:AS i m ul a ti on of Gecko I n sp i red C li m b i n g Robot Ba sed on ADAM SS UN L i -hong 1,2,WANG Xiao -hua 1,M E I Tao 1,LU Xiao -qing1,2(1.I nstitute of I ntelligentMachines,Chinese Acade my of Sciences,Hefei Anhui 230031,China;2.University of Science and Technol ogy of China,Hefei Anhui 230026,China )ABSTRACT:I n this paper a gecko ins p ired cli m bing r obot using the m icr o /nano adhesi on array was designed t o a 2dap t walls in different envir on ment .The dyna m ics model and contact model bet w een the feet and the walls were given out .The cli m bing behavi or of the r obot al ong the vertical walls was si m ulated using dyna m ics s oft w are ADAMS .The change of the dis p lace ment of centr oid of the model ,the t orque of electr omot or and the contact force bet w een the feet and the walls with ti m e in a peri od were e mphatically analyzed .The result indicated that the r obot could move al ong the vertical walls with a s peed of about 26mm /swithout fluctuati on and deviati on .It p r ovided references f or the future design of the gecko ins p ired cli m bing r obot p r ot otypes and the study of other kind of bi ol ogical modeling r obot .KE YWO RD S:Gecko ins p ired;W all -cli m bing r obot;Si m ulati on;Adhesi on array1 引言仿壁虎爬壁机器人就是模仿自然界中壁虎的精巧结构、运动原理和行为方式的机器人系统。
数控机床爬行故障分析
数控机床爬行故障分析摘要：数控机床的爬行与振动故障是低速运动时的一种复杂的自激振动现象，是一种大型设备常见故障。
它的存在对机床的低速进给有很大影响，在机械加工过程中，会严重影响加工精度，降低产品质量。
本文针对数控机床产生爬行与振动故障的原因进行了深入分析，并提出了排除故障的具体措施和方法。
关键词：爬行故障故障分析数控机床爬行现象多发生在机床启动或低速运转时，表现形式为进给系统的移动部件开始时不能运动，尔后又突然加速运动，再停止，然后又重新运动，周而复始，在启动、停止、快速运动间反复转化。
机床出现爬行现象时没有报警信号，但它也是数控机床故障，属于进给系统无报警故障的一种。
数控机床出现爬行现象时，维修技术人员到现场后分析引起爬行的原因。
只有正确分析产生原因，才能及时排除故障，确保机器的正常运转。
1、认真分析，找到故障发生的部位数控机床发生爬行现象时，首先要找到发生故障的部位。
数控机床爬行现象出现时，直接表现部位是传动部分出现周而复始的移动。
分析数控机床的组成原理图我们可以知道，从数控系统发出给定指令到故障直接发生的部位，要经过数控系统和伺服系统及检测部分才能实现移动部件的运动，所以这些部分出现故障最有可能引起机床爬行。
即：引起机床爬行的原因一是机械部分的自身原因；二是相关部分出现问题，如数控系统、伺服系统、反馈系统等。
所以，排除故障时既要检查机械部分，也要检查与机械相关的部分。
2、机械部件故障的检查和排除在检查机床故障时，应遵循的一个基本原则是先静态后动态，先解决机械部分，再解决电气部分。
所以遇到爬行问题时，也应先从机械方面着手，进给传动部分是引起数控机床爬行的主要机械因素。
数控机床的进给部分主要部件为丝杠、导轨、齿轮及支撑轴承等，都是引起机床爬行现象的主要因素，故检查机械传动部分时，主要应从以下几个方面入手：一要检查进给传动链轴承、丝杠螺母副和丝杠本身是否预紧，预紧是否合理；二要检查传动件间隙是否过大，机械系统连接是否完好无损，机械部件（如联轴器）是否损坏；三要检查润滑部位是否良好，导轨装配时是否调整好。
机床爬行问题的动力学仿真分析
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
基于ADAMS与Matlab的数控机床进给系统联合仿真
基于ADAMS与Matlab的数控机床进给系统联合仿真姚 钦 刘永光 刘质加(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院 北京 100083)摘要：以某型数控雕铣机床的进给系统为研究对象，利用机械系统动力学分析软件ADAMS建立系统的动力学模型，并添加外部载荷及约束。
在控制系统仿真软件Matlab中设计进给系统的控制算法，利用控制输出来驱动机械模型。
通过ADAMS/Controls模块作为两软件的接口，将ADAMS中的机械模型的位移、速度等输出反馈给控制模型，闭环实现机械系统与控制系统的联合仿真。
通过这种联合仿真，可以为机床进给系统的设计与调试提供可靠依据。
关键词：进给系统； ADAMS； Matlab； 联合仿真中图分类号: TP391 TG5020前言数控雕铣机床的进给伺服系统是以机床移动部件的位置和速度为控制量，接受来自插补装置或插补软件生成的进给脉冲指令，经过一定的信号变换及电压、功率放大、检测反馈，最终实现机床工作台与刀具相对运动的控制系统。
数控机床的进给伺服系统根据机床数控系统（CNC）发出控制信息，实现坐标轴的运动，完成程序规定的操作。
进给伺服系统的速度、精度等性能很大程度上决定了数控机床的整体性能，因此研制高性能的进给伺服系统是发展现代数控机床技术的关键。
应用仿真软件对进给伺服系统进行建模仿真，可以有效地降低成本，缩短周期，并能很方便地对设计中的一些规律性进行定量和定性研究[1, 2]。
1机床进给系统建模大多数数控机床是半闭环伺服系统。
用安装在进给丝杠轴端或电动机轴端的角位移测量组件来代替安装在机床工作台的直线测量组件，用测量丝杠或电机的角位移来代替测量工作台的直线位移。
原理如图1所示[3]。
图 1 半闭环伺服系统原理图这种系统虽然不能补偿位置闭环系统外的传动装置的传动误差，却能排除传动装置非线性带来的不稳定因素，使控制系统可以获得更好的稳定性。
半闭环伺服系统精度比闭循环系统低，但在调试方便和成本方面有较大优势，因此得到广泛应用。
基于ADAMS的大壁虎地面爬行仿真
Ξ 收稿日期:2008-12-21基金项目:江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目(CX 08B -044Z ).作者简介:武昌耀(1982—),男,山西平遥人,硕士研究生,主要从事计算机辅助工程(C AE )研究.基于ADAMS 的大壁虎地面爬行仿真Ξ武昌耀,陶秋帆,郝青青(南京航空航天大学航空宇航学院,南京 210016)摘要:为研究大壁虎在水平壁面上的爬行,建立了壁虎的多体系统动力学模型及脚掌与壁面之间的接触模型,并利用机械系统动力学软件ADAMS ,对其在水平壁面上爬行的运动特性进行了仿真,得到了在对脚着地的半个周期内,壁虎模型整体质心的位移、各关节间角度、脚掌与壁面之间接触力及关节提供的转矩随时间的变化情况,为进一步研究壁虎在不同表面的爬行规律提供了参考,也为研制仿壁虎爬壁机器人的物理样机提供了理论依据.关 键 词:大壁虎;运动学;动力学中图分类号:TP391.9 文献标识码:A文章编号:1671-0924(2009)03-0028-06Simulation of G ecko G round Cra w l B ased on ADAMSWU Chang 2yao ,T AO Qiu 2fan ,HAO Qing 2qing(Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ,Nanjing 210016,China )Abstract :In order to study the crawl of a gecko on horizontal surface ,the dynamics m odel and contact m odel between the feet and the ground are built.The kinematic characteristics of the crawling behavior of the gecko along the ground level are simulated using dynamics s oftware ADAMS.The change of the dis 2placement of centroid of the m odel ,angles between joints ,torques of joints and the contact force between the feet and the walls with time in a half period are em phatically analyzed.The result indicates that the m odel could m ove stably along the ground level.The change of the contact force is close to the experiment result.The study provides references for the research on the rule of gecko sprawl on different surfaces and the design of the gecko inspired climbing robot prototypes.K ey w ords :gecko ;kinematics ;dynamics 大壁虎是一种可在地面、陡壁、天花板等不同平面上自由灵活运动的四足动物,它超凡的运动能力成为特种机器人研制和仿生的对象[1-2].研究壁虎的运动规律、各个关节处的力矩及脚掌与壁面之间的接触力,对分析它的运动特性、仿生机械壁虎的结构设计及关节驱动控制等具有重要的指导意义.陈振坤和丁光[3-4]从解剖学的角度对壁虎的骨骼、关节、附肢肌等进行了研究.肖世旭等[5-6]对大壁虎的运动步态进行了研究.本文中确定了第23卷 第3期V ol.23 N o.3重庆工学院学报(自然科学)Journal of Chongqing Institute of T echnology (Natural Science )2009年3月Mar.2009壁虎模型的组成部分,包括部件、约束和几何外形,取得模型各个部分的空间方位、几何及运动参数等数据并组装模型,对模型添加约束和运动.采用美国MDI 公司开发的机械系统动力学软件ADAMS 的仿真功能,根据分析目的不同,建立对应的模型进行了运动学和动力学分析.1 壁虎计算模型的建立1.1 壁虎的结构分析大壁虎的骨骼系统为对称结构,按其部位分为中轴骨和附肢骨.壁虎的主要关节肩(髋)关节,连接大腿和身体,可以做外展、内收和弯曲伸展;肘(膝)关节连接大、小腿之间,可以做屈伸运动;腕(踝)关节连接脚掌和小腿,可以做3个方向的随动旋转运动.大壁虎骨骼系统见图1.图1 大壁虎的骨骼系统及主要关节示意图1.2 壁虎几何、质量参数戴振东等对一只体重90g 的大壁虎的身体各部分质量进行了测量,其中头部、躯干和尾部共75.73g ,前后大腿分别重1.017g 和2.568g ,前后小腿分别重0.824g 和1.194g ,脚掌为0.6777g.运用反求图像的方法测量其外形和结构尺寸,该壁虎全身长310mm ,尾部148mm ,测量数据如下图2所示.图2 大壁虎主要几何尺寸示意图1.3 建模假设壁虎是一个多自由度柔性体系,运动形态多种多样,且其关节内粘滞力无法确定,建立其柔体模型非常困难.为简化问题,在研究中采用2条假设:壁虎的各部分被认为是质量均匀分布的刚体;除与地面接触的脚掌外,各关节内部不计摩擦.1.4 模型建立利用ADAMS 2005的基本模块ADAMS/View 中的建模工具,根据测得的相关参数,建立壁虎的三维多刚体模型.模型采用左右对称结构,整个模型包括身体和四肢两大部分.身体(包括头部、躯干、尾部)为一个刚体,每一前肢(或后肢)由大腿、小腿、脚掌3个刚体组成.为了添加约束方便,在大腿和身体之间,建立一个不计质量的过渡刚体.根据对壁虎身体的结构分析以及壁虎的实际运动情况,在壁虎模型刚体之间创建约束副,保证模型中有相对运动的刚体能按照壁虎真实运动的方式运动.躯干、过渡刚体、大腿、小腿之间用旋转副约束以实现壁虎的抬腿和前进动作;脚掌和小腿之间用球铰副约束以实现壁虎爬行过程中脚掌的随动.其中,过渡刚体处2个旋转副的转轴方向是根据肩(髋)、肘(膝)关节的关节点空间位置来确定.而在壁虎运动过程中,肩(髋)关节不能做旋内、旋外运动,躯干、过渡刚体和大腿之间不能用球铰副来约束.建立一个比较简单的水平面表示壁虎的运动环境并添加重力场,方向与地面垂直.根据分析类型的不同,壁虎的足部与大地之间用固定绞或接触力属性定义.整个模型共17个刚体,14个自由度,如图3所示.图3 在ADAMS/View 下建立的加约束和运动的壁虎仿真模型92武昌耀,等:基于ADAMS 的大壁虎地面爬行仿真 模型中各约束副的名称和位置如图4所示.其中:字母z 表示左边,y 表示右边;字母q 表示前面(上肢),h 表示后面(下肢);字母组合sph 表示小腿与脚掌之间的球铰副;字母j 表示铰,即约束副;数字1表示过渡刚体与躯干之间的旋转副;数字2表示大腿与过渡刚体之间的旋转副;数字3表示小腿与大腿之间的旋转副.例如,zqj -2表示左前大腿与过渡刚体间旋转副,yhj -sph 表示右后小腿与脚掌间球铰副.图4 模型约束副的名称和位置示意图2 运动学仿真 壁虎一条腿的运动在一个运动周期内可以分为支撑和摆动2个阶段,当一条前腿和对侧的后腿处于支撑阶段时,另一对前后腿处于摆动阶段,交替一次后完成一个运动周期,如图5所示.图5 大壁虎爬行步态周期 壁虎身体是左右对称结构,只需研究一对对侧的前后腿处于支撑阶段,另一对对侧的前后腿处于摆动阶段的半个周期的情况.本文中研究左前腿和右后腿处于支撑状态,右前腿和左后腿处于摆动状态的半个周期.2.1 第1种运动学仿真壁虎躯干质心的运动规律比较容易通过实验来测定,也比较准确,而各个关节间的夹角随时间的变化规律很难准确测量.所以,以躯干运动作为驱动,可以通过计算得到各关节的角位移曲线.将两条支撑腿的脚掌固定在地面上,根据实验测得的真实壁虎的爬行速度,给身体施加一个理想的y 方向(前进方向)匀速直线运动,把x 方向(横向)、z 方向(铅垂方向)位移,以及绕x ,y ,z 3个方向的转动位移设为0.计算得到对脚步态下支撑腿各运动副的角位移曲线,并与实验数据[6-7]进行对比.改变躯干运动方式,经过多次仿真试验,找到合适的3个方向的运动规律,使得在躯干质心的驱动规律与实验尽量吻合的前提下,支撑腿各关节的角位移曲线与实验数据最接近.图6是壁虎在水平地面爬行实验中各关节间角度随时间的变化曲线.图中系列1是大腿与身体间的水平夹角(xoy 平面)变化关系曲线,系列2是大腿和小腿间夹角变化关系曲线.图6 水平地面爬行实验中支撑腿各关节角度时间曲线 图7是计算得到的水平地面爬行时各关节间角度随时间的变化曲线.图7a )中曲线zq1,zq2,03重庆工学院学报zq3及图7b )中曲线yh1,yh2,yh3分别是仿真时左前腿约束副zqj -1,zqj -2,zqj -3和右后腿约束副yhj -1,yhj -2,yhj -3的角位移变化规律.图7 仿真得到的左前腿、右后腿的角度时间曲线 结果表明,当模型质心x 方向位移幅度为3mm ,y 方向运动速度为320mm/s ,z 方向位移幅度为1mm 时,支撑腿关节的6个角位移变化曲线与实验结果比较接近.由计算得到的图7中左前腿、右后腿的大、小腿间夹角先减小后增加,与实验得到的图6中a )、b )对应时间段(328～508ms )变化趋势相同,变化幅度相近;图7中大腿与身体的水平夹角(xoy 平面)变化趋势与图6中相同,变化幅度也比较接近.由此可知,建立的大壁虎的计算模型是合理的.2.2 第2种运动学仿真将在上述运动学仿真中得到的6条角位移曲线作驱动输入对应的运动约束副,计算身体质心的运动,以验证这样的驱动是否与实验得到的壁虎的运动相一致.仿真计算后,测出壁虎身体的质心在x ,y ,z 3个方向上的位移变化曲线,如图8所示.其中,实线为x 方向位移,点划线为y 方向位移,虚线为z 方向位移.图8 壁虎身体的质心在x ,y ,z 3个方向上的位移变化曲线 由图8可以看出,在壁虎前进方向y 方向,质心的位移是一条直线,表明运动速度均匀、稳定;在侧向x 方向位移幅度为6mm ,与预期3mm 有一定偏差,在z 方向位移幅度为1mm ;质心在x ,z 方向的位移波动不大,运动平稳.在3个方向上的运动情况与预期相近.3 动力学分析 在ADAMS 动力学分析中,由于四条腿的每个运动关节都施加驱动,整个模型就必然存在干涉.为了消除模型干涉的影响,将支撑腿(左前腿与右后腿)的小腿与脚掌之间的球铰副约束换成弹性衬套(bushing )连接,以产生小的位移.设置弹性衬套参数,再根据壁虎的实际运动情况,给壁虎的摆动腿(右前腿和左后腿)的关节施加驱动,实现模型的四腿运动,并进行动力学仿真分析.3.1 支撑腿脚掌与地面间三维接触力分析动力学仿真后,得出壁虎模型左前脚、右后脚脚掌与小腿间衬套力(此力和脚掌与地面之间的接触力大小相等)随时间的变化关系,并与南京航空航天大学仿生结构与材料研究所的实验结果进行比较.调整弹性衬套参数设置,进行多次仿真试验,使得计算得到的脚掌与地面间的三维接触力数值与实验结果接近.原来的球铰副连接提供3个方向的旋转自由度.bushing 有6个参数,把3个旋转方向的刚度和阻尼设小,就可实现原有球副的功能.弹性衬套参数的设置如表1所示.13武昌耀,等:基于ADAMS 的大壁虎地面爬行仿真表1 脚掌与地面间三维力设置bushing propertiesxyzT ranslationalS tiffness/(N ・mm -1)0.0050.0050.01Dam ping/(N ・s ・mm -1)0.020.030.05Preload/N 0R otationalS tiffness/(N ・mm -1)2.96E -10 2.96E -10 2.96E -10Dam ping/(N ・s ・mm -1)7.5E -117.5E -117.5E -11Preload/N 仿真后得到的支撑腿脚掌与地面间的接触力在x ,y ,z 3个方向上随时间变化的曲线如图9所示.图9 计算得到的左前、右后脚掌与地面间的三维接触力时间曲线 由图8可以看出,在0～0.02s 仿真初始阶段和0.16～0.18s 仿真将要结束阶段,大壁虎模型的脚掌与地面之间在x ,y 方向的摩擦力以及在z 方向的支撑力数值都比较大,并伴随有不同程度的起伏,这是因为模型整体在0～0.02s 处于加速阶段,在0.16～0.18s 处于减速阶段,驱动是由STEP 函数拟合的,各刚体的加速度较大所致.在0.02～0.16s 的运动过程中,由图b )可知,在运动的主方向y 向,左前脚、右后脚脚掌所受摩擦力数值大小大多数时间处于100～200mN ,只有在0.08s 附近,曲线大于200mN ,与实验结果值相符.在运动前期,左前脚掌受到向前的摩擦力,右后脚掌受到向后的摩擦力;在运动后期,左前脚掌受到向后的摩擦力,右后脚掌受到向前的摩擦力;这与壁虎小腿及脚掌的运动趋势一致,是合理的,但在实验结果中未能体现,原因可能是实验的方法和精度还有待改进.总的y 方向受到的摩擦力,在运动前期,先沿y 正向后沿y 负向,壁虎的质心沿y 方向先快速加速后缓慢减速运动;在运动后期,摩擦力方向先沿y 正向后沿y 负向,壁虎的质心沿y 方向先缓慢加速再快速减速运动;这与预期的质心在y 方向上的速度、加速度的变化规律相一致,符合大壁虎爬行交换支撑腿时的壁虎身体的实际运动情况.在z 向,始终受到来自地面的支撑力,数值与重力值接近,符合实际.在运动的初始和结束阶段,各运动刚体的加速度较大,导致在计算中,接触力的数值比较大.后续支撑腿关节的驱动力矩(如图10)的数值比较大,也是因为初始和结束时各刚体的加速度较大.这与壁虎的实际运动情况不符,其原因是模型身体质心的驱动与壁虎真实运动情况有一定的差别,驱动函数的设计有待进一步的改进.3.2 支撑腿关节驱动力矩分析壁虎各关节运动副的驱动力矩与在其转轴上所受的力矩大小相等,方向相反.动力学仿真后,计算出支撑腿各关节所受的力矩,在ADAMS/View后处理模块中对其进行分析处理,得到各运动副在其转轴上所受的力矩,最后得到支撑腿各关节运动副提供的驱动力矩,如图10所示.23重庆工学院学报图10 支撑腿关节提供的驱动力矩时间曲线 由图10可知,支撑腿关节的驱动力矩的数值在0～0.02s和0.16～0.18s比较大,并伴有明显的起伏,这是因为在第1种运动学仿真中,身体质心的速度驱动是由STEP函数拟合的,故各刚体初始和结束时的角加速度较大.在0.02～0.16s的运动过程中,运动副zqj-1和yhj-1的驱动力矩数值,相比其他运动副的比较大,在0.16s和0.08s时达到最大值7N・mm;运动副zqj-2和yhj-2的驱动力矩数值比较小,其中zqj-2的最大为1.6N・mm,yhj-2的最大值仅有0.3N・mm;相对而言,运动副zqj-3和yhj-3的驱动力矩数值处于中等,zqj-3的最大只有3N・mm,而yhj-3的平均只有1N・mm左右.这是因为在整个运动过程中,模型的左前肩关节、右后髋关节处zqj-1和yhj-1两个运动副的角位移最大,变化幅度大概为120°;运动副zqj-3和yhj-3的角位移次之,运动幅度大概为65°;而运动副zqj-2的角位移为10°,yhj-2的转动幅度仅有4°.这与壁虎四肢各部分的实际运动情况及运动趋势的变化基本相符.4 结束语 在对壁虎模型进行运动学仿真后,将模型整体质心的位移、关节间角度的变化规律与实验结果进行对比,证明了模型结构是合理的,并找出了下一步建立动力学模型所需的关节驱动函数.在动力学仿真后,分析脚掌与壁面之间接触力随时间的变化规律,最后,得到壁虎在水平壁面上快速爬行各关节的驱动力矩随时间的变化规律.这为进一步研究壁虎在不同表面的爬行规律提供了方法参考,也为以后研制仿壁虎爬壁机器人的物理样机提供了理论依据.参考文献:[1] 戴振东,孙久荣.壁虎的运动及仿生研究进展[J].自然科学进展,2006,16(5):519-523.[2] 王田苗,孟,裴葆青,等.仿壁虎机器人研究综述[J].机器人,2007,5:290-297.[3] 陈振坤,丁光.大壁虎(G ecko gecko)骨骼系统的解剖[J].云南农业大学学报,1990,5:1-6.[4] 丁光,陈振坤.大壁虎(G ecko gecko)附肢肌的解剖[J].云南农业大学学报,1995,10:12-17.[5] 肖世旭.大壁虎的三维步态与实验[D].南京:南京航空航天大学,2006:16-20.[6] 成佳伟.大壁虎运动步态与体态特征研究[D].南京:南京航空航天大学,2007:15-19.[7] 洪嘉振.计算多体系统动力学[M].北京:高等教育出版社,1999.[8] 郑建荣.ADAMS-虚拟样机技术入门与提高[M].北京:机械工业出版社,2003.(责任编辑 陈 松)33武昌耀,等:基于ADAMS的大壁虎地面爬行仿真 。
数控伺服系统的 ADAMS_MATLA 联合仿真研究
稿件ID号为200610171621349383数控伺服系统的ADAMS/MATLA联合仿真研究*（1．广东交通职业技术学院；2. 华中科技大学）邢伟1 周西军2摘要：将机械系统仿真分析工具同控制系统设计仿真软件有机地连接起来，利用ADAMS/Controls模块对数控机床X-Y工作平台的进给机械系统进行了建模、通过ADAMS/View或ADAMS/Solver中的信息文件或启动文件，确定ADAMS的输入和输出，通过定义输入和输出，实现了ADAMS和MATLAB控制程序之间的闭环通信，最终实现了复杂机电系统联合仿真。
关键词：数控；伺服系统；联合仿真中图分类号：TP273 文献表示码：AStudying On The Emulate of Servo in NC Based On ADAMS/MATLABXING, Wei Zhou , Xijun（Guangdong Communication Polytechnic ）Abstrct: Iintegrating with ADAMS and MATLAB,and to upbuild mechanical feed model of X-Ytable in CN by ADAMS/Controls,to confirm I/O of ADAMS by information or startup documentation in ADAMS/View or ADAMS/Solver,and to realize closed loop communication by defining I/O,it is realized finaly in associated emulation of complicated electronic.Key words:CNC; servo; emulation1.前言利用伺服进给系统虚拟[1]样机提供的集成环境对机械系统和电机控制系统进行联合仿真[2]分析，是一种全新的设计方法。
机床爬行因素的分析及消除方法1
机床爬行因素的分析及消除方法单位：开封市高级技工学校姓名：陈莉莉机床爬行因素的分析及消除方法摘要：机床进给系统的运动件，当其运行速度低到一定值（如0.5mm/min）时，往往不是作连续匀速运动，而是时走时停、忽快忽慢，这种现象称之为爬行。
爬行是机床常见而不正常的运动状态，这一现象破坏了系统运动的均匀性，不仅使被加工件精度和表面质量下降，也会破坏液压系统工作的稳定性，使机床导轨加速磨损，甚至产生废品和事故。
本文就是针对爬行故障进行分析及消除措施。
关键词：爬行因素分析液压系统导轨零部件装配电机检测爬行量的方法：1、目测法：适用于大的爬行量，当工作台或活塞的爬行量过大，会产生严重的抖动。
用目测的方法，观察运动的平衡时，会看到突快、突慢的运动。
2、架表法：适用于不太明显的爬行量。
将百分表架在一固定部件上，表头对着工作台的运动方向不压表或少量压表。
观察百分表针的运动状态，即反应出爬行量的大小。
3、光电效应法：适用于轻微的爬行量。
即把移动部件，不均匀的脉冲经过放大显示在仪器上观察。
机床的爬行影响零件的加工质量、表面粗糙度及定位精度，并造成摩擦副的加剧磨损，从而影响到零件的使用寿命。
机床爬行的因素很多，有单一因素，有综合因素，现对不同的因素进行分析。
并举例介绍其消除方法。
1、液压系统有空气存在液压系统中混入空气是造成液压系统出现爬行故障的根本原因。
当空气混入油中以后，一部分溶解到压力油中，剩余的则形成游离状气泡浮游在压力油中，由于空气有很大的压缩性，执行器负载的波动使油液压力脉动，导致气体膨胀或收缩而引起执行器供油量明显变化，从而使“刚性”环节变成“弹性”环节，导致爬行产生。
消除方法：为了避免空气侵入液压系统，应紧固各管道连接处螺母，严防泄漏；机床起动后，把工作台的升程调至较大，快速往复运动10钟，空气可以从回油口自动排除，也有的机床工作台一侧装有放气阀。
如从1420则需打开放气阀。
把工作台的运动快速往返五分钟。
基于ADAMS的重型数控机床进给系统仿真
!"#$%&’$" C)(+A /34))(/ /*+I-*3 I0<*-JG I0() 4-I(/3< <)I4B3()0<) K4I0<K4I(/43 K*=<3 :*- 0<4DJ 1H K4/0(+< I**3 :<<= )J)I<KG 4+= 4LL3(<) 4=D4+/<= )*:I?4-<MNON;’ !N5I*K4I(/ OJ+4K(/ N+43J)() *: ;</04+(/43 ’J)I<K"I* )(K534I(*+ *: I0< K*=<3E P4)<= *+ I0()Q I0< 4-I(/3< /*KL4-<) I0< :<<= )J)I<K )(K534I(*+ -<)53I *: )I<4=J )I4I< ?(I0 I04I *: /-<<L(+A )I4I<F ()* +,%-# " 0<4DJ 1H K4/0(+< I**3R :<<= )J)I<KR /-<<L(+A
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高安邦 ! 董玉红 ! 吴开宇 8 机械系统控制讲义 $( %8 哈尔滨理工大 学 !011.8 ( 编辑 昊 天)
数控机床进给系统产生爬行的机理分析
数控 机 床 的进 给 系 统通常由驱动电机驱动, 经减 速 箱、滚 珠 丝杠 带 动工 作 台 (刀 架 ) 移 动, 图 1 为其传动简图。 图 1 进给系统传动简图 为分析问题方便, 作如下假设:
收稿日期: 2006- 12- 26
专利信息
专利名称: 用于控制液压泵排量的回路
专利申请号: CN200310120613 0 公开号: CN1573133
申请日: 2003 12 15
公开日: 2005 02 02
申请人: 瑞典沃尔沃建造设备控股 ( 瑞典 ) 有限公司
本发明涉及一种用于控制液压泵排量的回路, 无
K eyword s: Craw ;l F eed; F riction
由于加工要求的不断提高, 机床特别是数控机床 进给系统的进给速度范围越来越宽, 对机床的低速进 给的重要要求是不产生爬行; 因而, 有效地解决爬行 问题, 是提高数控机床性能的重要环节。对数控机床 的进给系统的分析, 首先要建立其动态模型, 由此模 型可以分析 数控 机床 的 进给 系统 产生 爬 行的 各种 条 件。本文着重研究了数控机床的进给系统动态模型建
本文应用控制理论对机床进给系统的爬行现象进行了理论分析建立了进给系统的数学模型用有限差分法对模型进行了求解在此基础上系统地研究了产生爬行的各种条件及影响爬行的主要因素提出了解决爬行问题的几种措施指出降低导轨摩擦系数是克服爬行的最直接有效的方法
2007年 12月 第 35卷 第 12期
机床与液压
MACH INE TOOL & HYDRAUL ICS
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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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
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
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 ¨¨ ¨
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丝杠 螺 母 副在 数 控机 床 上 得 到广 泛 的应 用 。
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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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
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（ 统 的传 动 刚度 、 系统 的 阻尼 、 移 动 部
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
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
程：
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图 ４ 不 同传 动刚 度 下移 动部 件 的 速度 变化
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
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
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
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
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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
１ ７
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 。