回轉(zhuǎn)工作臺的工作性能|加工中心
2.2回轉(zhuǎn)工作臺的工作性能回轉(zhuǎn)工作臺是一個通過傳動裝置支撐工件實現(xiàn)回轉(zhuǎn)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(zhǔn)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最大輪廓尺寸；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(zhuǎn)工作臺正向著“一快一高”發(fā)展趨勢[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。這對回轉(zhuǎn)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(zhì)量。評價其加工質(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，這兩點都與回轉(zhuǎn)工作臺的抗震性和穩(wěn)定性等動態(tài)性 能1^|'切相關(guān)。影響回轉(zhuǎn)工作臺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， 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(zhuǎn)工作臺的工作性 能。提高工作臺系統(tǒng)的工作性能的方法就是將減小工作臺傳動系統(tǒng)間的動不穩(wěn) 定因素，提高工作臺的靜剛度和動態(tài)性能[29]。提高工作臺的靜剛度是指提高工作臺抵抗機(jī)床在加工過程中各種作用力的 能力，而提高工作臺的動態(tài)特性，就是要控制工作臺系統(tǒng)的振動量，使之符合 機(jī)械加工過程的需求量。振動對工作臺系統(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，還會造成機(jī)械系統(tǒng)的惡性破壞甚至失效。振動的產(chǎn)生主要來 源于兩方面：激勵帶來的振動和系統(tǒng)響應(yīng)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(tǒng)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(tǒng)偏離于平衡狀態(tài)以后，不再受外界激勵情形下所發(fā)生的振動。 該振動通過系統(tǒng)自身進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，所以其振動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。強(qiáng)迫振動是系統(tǒng)在外界控制的激勵作用下的振動，指的是彈 性系統(tǒng)在受外界控制的激勵作用下發(fā)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(tǒng)在自身控制的激勵作用下的振動， 指的是激勵受系統(tǒng)振動本身控制的振動。在適當(dāng)?shù)姆答佔饔孟?，系統(tǒng)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(tǒng)自身參數(shù)變化激發(fā)的振動。這種激勵方式是 通過周期地或隨機(jī)地改變系統(tǒng)的特性參數(shù)來實現(xiàn)的。2、 系統(tǒng)響應(yīng)產(chǎn)生的振動方式：1) 確定振動。這類振動的響應(yīng)是關(guān)于時間的確定函數(shù)。根據(jù)響應(yīng)存在時間 的長短分為瞬態(tài)振動和穩(wěn)態(tài)振動，不言而喻，前者只是在較短的時間中發(fā)生， 后者可在充分長的時間中進(jìn)行。另外在確定振動中，根據(jù)響應(yīng)是否有周期性還 可以進(jìn)一步分類。(1) 簡諧振動：響應(yīng)為時間的正弦和余弦函數(shù)。(2) 周期振動：響應(yīng)為時間的周期函數(shù)，可用頻譜分析方法展開為一系列 周期可通約的簡諧振動的疊加。(3) 準(zhǔn)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(yīng)為時間的始終有限的非周期函數(shù)。2) 隨機(jī)振動。這類振動的響應(yīng)是時間的隨機(jī)函數(shù)，只能用概率統(tǒng)計的方法 進(jìn)行描述。3、 振動的控制類型：1) 振動被動控制就是當(dāng)振動產(chǎn)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(jié)構(gòu)裝置，比較容易操作和實現(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，人們對振動環(huán)境、機(jī)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(jì)20年代，剛開始只是一個采用電磁 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(guān)系。控制率設(shè)計方 法不僅能夠滿足動態(tài)響應(yīng)和動穩(wěn)定性等性能，還可根據(jù)需求設(shè)計出具有很強(qiáng)魯 棒性的控制率?？刂破鞯聂敯粜允侵搁]環(huán)系統(tǒng)特性對控制器參數(shù)和受控對象等 參數(shù)變化不敏感，這決定著控制率設(shè)計的質(zhì)量問題。對工作臺系統(tǒng)可以動態(tài)設(shè) 計進(jìn)行振動控制優(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)的振源和振動方式容易找到，但消除振動還有許多的 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(jī)不平衡剛性或柔性轉(zhuǎn)子帶來的離心力及力 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，減小振動的 傳遞；（3)吸振法，在工作臺上設(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；（4)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法[33]，通過修改結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化動態(tài)設(shè)計，使工作臺的 振動滿足預(yù)定的水準(zhǔn)，則不需要添加其它的子系統(tǒng)來控制振動，目前此方法目 前備受關(guān)注。