ATC装置中凸轮式组合机构动力学模型的构建

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1、第26卷第6期机械设计V0l_26No．62009年6月JOURNALOFMACHINEDESIGNJun20o9ATC装置中凸轮式组合机构动力学模型的构建戚克才，陶学恒，李大运2(1．大连工业大学机械工程与自动化学院，辽宁大连116034；2．大连船舶重工集团有限公司船研所，辽宁大连l16005)摘要：针对ATC(AutomaticToolsChanger)装置中凸轮式组合机构的结构特点和运动几何学特点，分析了该装置中组成机构的动力学问题。应用质量集中法建立了凸轮式组合机构的动力学模型，并运用拉格朗日方程建立其动力学分析的数学模型，求出系统的固有频率，为实验测试奠定了理

2、论基础。关键词：ATC；凸轮；动力学分析；数学模型中图分类号：TB122文献标识码：A文章编号：1001—2354(2009)06—0042—04ATE装置是数控加工中心的重要功能部件，而ATC中的凸类似于隔离振动的效果，简称“隔振效应”。这种良性的效应轮式组合机构又是ATC装置中的核心执行机构。然而随着工阻断了弧面凸轮与分度盘之间的周向振动耦合，以及通过凸轮业生产自动化的发展，凸轮式组合机构也向着高速、高精度、高轴的前级周向振动，因此这个分度盘因速比变化产生的周期性能、高可靠性方向发展，其中组合式凸轮机构的动力学问题性惯性力矩激励分度盘轴系产生振动。另外摇臂杆的间歇运一

3、直是一个困扰工程技术人员的主要难题，它不但影响着机构动使得工作盘产生周期性惯性力，这个惯性力激励系统发生振运行的准确度，而且影响机构的可靠性和使用寿命。随着制造动。由于凸轮式组合机构系统的复杂性，因此建立动力学模型业的迅猛发展，先进的制造工艺方法和机械加工手段完全可以既要符合实际又要尽量使复杂问题简单化，文中作以下假设并获得满足凸轮式组合机构中零部件的加工精度及安装要求。根据此机构的特点简化模型如下：由于ATC装置在工作过程中就存在着各种振动形式，如：参数振动、脱齿振动、惯性冲击等J，使得换刀机械手在工作过程中发生由于振动引起的颤抖，严重影响机械换刀的准确度和机床的工作可

4、靠性，而且还带来不必要的振动噪声。因此，要提高ATC装置的工作性能，就需要在此类机构运动几何特点的基础上建立其动力学模型，这样可为提高机构的综合性能和制造过程中零部件的质量控制提供理论依据J。从凸轮式组合机构的结构(如图1所示)来看，它主要包括双半球形滚子齿式弧面分度凸轮机构、平面沟槽凸轮机构、摇1平面沟槽凸轮；1凸轮轴；2平面沟槽凸轮；臂机构等。另外从凸轮式组合机构的运动(如图2所示)来看，2弧面凸轮；3花键轴轴套；3弧面凸轮；4分度盘；5花键轴；凸轮轴为主动轴，分度盘花键轴为从动轴，弧面凸轮驱动分度4分度盘；5花键轴；6摇臂连接花键轴的轴套；盘完成换刀机械手的旋转动作

5、，平面沟槽凸轮驱动摇臂带动花6摇臂7摇臂杆；8滚针键轴完成直线伸缩运动。图1凸轮式组合机构图2凸轮式组合机构运动示意图(1)凸轮轴的输入转速恒定；1凸轮式组合机构动力学模型的建立(2)分度盘轴的轴向刚度比其径向刚度大约4个数量级，凸轮轴的轴向刚度比其径向刚度大约4个数量级J，根据胡克弧面分度凸轮输出为间歇式运动，在凸轮轴回转过程中，定律F=Kx，作用力F一定时，刚度越大变形越小，反之越大，速比产生了很大的变化，对系统产生周期性强烈的惯性力矩，故建模时可认为分度盘轴与凸轮轴的轴向为刚性的，不存在轴激励凸轮式组合机构系统而产生振动，然而因降速特性阻断了向上的弹性变形；弧面凸轮

6、与分度盘传动轴系间周向振动的相互传递，才产生了singleparameter，theexpressionofcamcontourcurvedsurfacenifiedexpressiononthegeometriccharacteristicsandmovementmodelofspatialcammechanismwithoscillatingortranslationalfol—characteristicsofcanlmechanisms．lowerwasderivedandestablished．Bymeansofnumericalealcula—Keywords

7、：Spatialcammechanism；unifiedmathematicaltionandsimulationonalivingexample，thecorrectnessofthismodel；curvedsurfaceofcamcontourmethodandmodelwastestified．ThismethodprovidedakindofFig8Tab3Ref8“JixieSheji”8559newtrainofthoughtandmethodologyofstudyforresearchingtheU-}收稿日