回转工作台的工作性能|加工中心
2.2回转工作台的工作性能回转工作台是一个通过传动装置支撑工件实现回转和分度，并配有夹紧装 置的部件。它主要有三个功能：支撑工件、定位基准和传递运动。它的性能要 求有两点：一是尺寸要求，其台面尺寸一定要容纳加工工件的******轮廓尺寸；二是材料性能要求，工作台的材料静刚度要高，动刚度要好，温度分布均匀， 受力要合理，耐磨性和抗振性要好。目前，回转工作台正向着“一快一高”发展趋势[28]进行，即向着回转速度 快和回转精度高的方向发展。这对回转工作台的工作性能提出了更高的要求， 工作台的工作性能主要指加工质量。评价其加工质量的指标就是被加工零部件 的表面光洁度和最高精度，这两点都与回转工作台的抗震性和稳定性等动态性 能1^|'切相关。影响回转工作台工作性能的重要因素如图2.2所示.由图可知，电机的振动， 蜗轮蜗杆传动中的振动以及齿轮传动带来的振动都将影响回转工作台的工作性 能。提高工作台系统的工作性能的方法就是将减小工作台传动系统间的动不稳 定因素，提高工作台的静刚度和动态性能[29]。提高工作台的静刚度是指提高工作台抵抗机床在加工过程中各种作用力的 能力，而提高工作台的动态特性，就是要控制工作台系统的振动量，使之符合 机械加工过程的需求量。振动对工作台系统的影响极大，不仅影响机械结构与 系统的工作精度，还会造成机械系统的恶性破坏甚至失效。振动的产生主要来 源于两方面：激励带来的振动和系统响应带来的振动^3132]。1、激励造成的振动方式：1) 自由振动。自由振动是系统受初始激励后不再受外界激励的振动，一般 指的是弹性系统偏离于平衡状态以后，不再受外界激励情形下所发生的振动。 该振动通过系统自身进行调节控制，所以其振动的频率又称之为系统自身的频 率，即系统固有频率。2) 强迫振动。强迫振动是系统在外界控制的激励作用下的振动，指的是弹 性系统在受外界控制的激励作用下发生的振动。这时，即使振动被完全抑止， 激励也照样存在。3) 自激振动又称颤振。自激振动是系统在自身控制的激励作用下的振动， 指的是激励受系统振动本身控制的振动。在适当的反馈作用下，系统会自动地 激起定幅振动，但一旦振动被抑止，激励也就随同消失。4) 参激振动。参激振动是系统自身参数变化激发的振动。这种激励方式是 通过周期地或随机地改变系统的特性参数来实现的。2、 系统响应产生的振动方式：1) 确定振动。这类振动的响应是关于时间的确定函数。根据响应存在时间 的长短分为瞬态振动和稳态振动，不言而喻，前者只是在较短的时间中发生， 后者可在充分长的时间中进行。另外在确定振动中，根据响应是否有周期性还 可以进一步分类。(1) 简谐振动：响应为时间的正弦和余弦函数。(2) 周期振动：响应为时间的周期函数，可用频谱分析方法展开为一系列 周期可通约的简谐振动的叠加。(3) 准周期振动：若干个周期不可通约的简谐振动组合而成的振动。(4) 混沌振动：响应为时间的始终有限的非周期函数。2) 随机振动。这类振动的响应是时间的随机函数，只能用概率统计的方法 进行描述。3、 振动的控制类型：1) 振动被动控制就是当振动产生后，采取减振、消振、吸振和组振等控制 方法，被动的抑止振动的控制方法。由于振动被动控制不需要外界能源，只需 装配简单的结构装置，比较容易操作和实现，而且成本较低可靠性也好，在许 多工程中都有应用。但随着科技的不断进步，人们对振动环境、机床振动特性 的要求不断提高，振动被动控制的局限性越来越明显，人们开展探求新的振动 控制方式。于是，振动主动控制被提出。2) 振动主动控制概念的提出是20世纪20年代，刚开始只是一个采用电磁 阀控制的缓冲器，到现在已经应用到航空航天领域。目前，振动主动控制研究 的中心是控制率，控制率是控制器输入与输出之间的传递关系。控制率设计方 法不仅能够满足动态响应和动稳定性等性能，还可根据需求设计出具有很强鲁 棒性的控制率。控制器的鲁棒性是指闭环系统特性对控制器参数和受控对象等 参数变化不敏感，这决定着控制率设计的质量问题。对工作台系统可以动态设 计进行振动控制优化。该方法还没有完全成熟，目前主要采用结构优化方法。综上所述，虽然系统的振源和振动方式容易找到，但消除振动还有许多的 技术难题，目前主要采用以下几种方法进行振动控制：（1)消振法，即消除振 源的方法，通过加扰流器破坏因电机不平衡刚性或柔性转子带来的离心力及力 矩所产生的卡门涡；（2)隔振法，在电机和蜗杆之间添加隔振器，减小振动的 传递；（3)吸振法，在工作台上设置吸震器，用它产生的吸振力减小响应产生 的振动；（4)结构优化方法[33]，通过修改结构参数优化动态设计，使工作台的 振动满足预定的水准，则不需要添加其它的子系统来控制振动，目前此方法目 前备受关注。