一种双电主轴机床动态振动控制方法、系统、设备和介质

本发明涉及机床控制，尤其是指一种双电主轴机床动态振动控制方法、系统、设备和介质。

背景技术：

1、双主轴数控车床是一种高效的金属加工设备，它具有两个主轴，可以同时进行多个工序，提高了加工效率，双主轴数控车床是数控机床的一种，其特点是具有两个单独运行的主轴。这意味着在同一时间内可以进行两项不同的加工任务，从而大幅提高生产效率，与传统的单主轴数控车床相比，双主轴数控车床具有以下明显优势，快速完成复杂零件加工。由于拥有两个主轴，双主轴数控车床可以在同一时间内进行多个工序，如钻孔、铰孔和车削等，从而大幅缩短加工周期，提高产能，高度自动化。双主轴数控车床采用电脑程序控制，可实现自动化加工。操作员只需设置工艺参数，机床就能自动执行整个加工过程，提高了生产效率并降低了运营成本，精度高，两个主轴都具有高精度的运动控制系统，可以保证加工零件的高精度要求，双主轴数控车床还配备了自动测量和补偿系统，可实现在线检测和纠正，从而提高了加工品质。

2、双电主轴机床在使用过程中，是将加工工件固定到工作台面，随后通过横梁在机架上移动，双电主轴设备在横梁上移动，实现四向的活动，随即双电主轴设备即可对工件进行切削加工，在此过程中，由于双电主轴运行过程中会产生一定的振动，加上机械移动过程中的振动，因此需要控制双电主轴机床动态振动，而直接使用设备进行物理检验，存在机械的过渡损耗，增加动态振动控制方法确定的成本，同时机床设备由于其体积较大，因此通过实机检测制定控制方法，存在一定的误差，不仅增加了试验成本，同时也不能保证试验的准确度。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中双电主轴机床振动控制成本较高且振动控制准确度较低的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种双电主轴机床动态振动控制方法，包括：

3、步骤s1：构建双电主轴机床的机架和横梁的几何模型，其中，所述横梁设置于机架上并在机架上移动；

4、步骤s2：在步骤s1的基础上，构建相关组件的几何模型，相关组件包括工作台、驱动机构和加工主轴机构，其中，所述工作台固定于机架之间并用于承载工件；所述驱动机构滑动设置于横梁上；所述加工主轴机构固定于横梁上，用于承载加工过程中的切削载荷；

5、步骤s3：将机架和横梁的几何模型装配到一起，并将包括工作台、驱动机构和加工主轴机构的相关组件几何模型进行对应装配；

6、步骤s4：对装配在一起的机架和横梁的几何模型设置材料属性，得到具有材料属性的双电主轴机床及其相关组件模型；

7、步骤s5：对所述具有材料属性的双电主轴机床及其相关组件模型进行网格划分；

8、步骤s6：对网格划分后的双电主轴机床及其相关组件模型施加固定应力约束，并对双电主轴机床及其相关组件模型活动位置施加活动应力约束；

9、步骤s7：对步骤s6中的双电主轴机床及其相关组件模型进行双电主轴机床运行的机械加载，构建双电主轴机床的不平衡度和工件允许剩余不平衡量，得到有限元分析结果；

10、步骤s8：根据所述有限元分析结果实现对双电主轴机床动态振动控制。

11、在本发明的一个实施例中，所述步骤s3在所有的装配位置设置节点，所述节点包括固定节点和活动节点，用于模拟双电主轴机床在实际运行过程中的动平衡情况。

12、在本发明的一个实施例中，所述步骤s6中对网格划分后的双电主轴机床及其相关组件模型施加固定应力约束，并对双电主轴机床及其相关组件模型活动位置施加活动应力约束的方法为：

13、在对双电主轴机床及其相关组件模型的固定节点处施加固定应力约束、在活动节点处施加活动应力约束，用于限制双电主轴机床节点运动的自由度，节点运动包括节点位移和旋转的一种或多种运动方式。

14、在本发明的一个实施例中，所述步骤s7中构建双电主轴机床的不平衡度和工件允许剩余不平衡量，得到有限元分析结果的方法为：

15、构建双电主轴机床的不平衡度，根据所述双电主轴机床的不平衡度构建双电主轴机床的工件允许剩余不平衡量；

16、将所述双电主轴机床的不平衡度和所述双电主轴机床的工件允许剩余不平衡量进行数据对比，得到双电主轴机床的动平衡控制量，所述双电主轴机床的动平衡控制量为有限元分析结果。

17、在本发明的一个实施例中，所述双电主轴机床的不平衡度的公式为：

18、

19、其中，ud为不平衡度，g为平衡精度等级，n为工件的工作转速；

20、所述双电主轴机床的工件允许剩余不平衡量的公式为：

21、

22、其中，aru为工件允许剩余不平衡量，w为工件重量，r为工件的旋转半径。

23、在本发明的一个实施例中，所述步骤s8中根据所述有限元分析结果实现对双电主轴机床动态振动控制，包括：

24、当双电主轴机床在运动过程中，动态振动大于所能承受的最大不平衡度时，此时则代表动态振动过大，因此需要控制动平衡，将动平衡控制到小于工件允许剩余不平衡量的范围内，保证动平衡稳定；

25、动平衡稳定满足：

26、力的平衡计算公式：f1+f2+fi+...+fn＝0，其中，fi表示双电主轴机床受到的第i个外力；

27、力矩的平衡计算公式：m1+m2+mi+...+mn＝0，其中，mi表示双电主轴机床的第i个力矩。

28、在本发明的一个实施例中，所述步骤s4中对装配在一起的双电主轴机床机架和横梁设置材料属性，包括将材料属性定义为钢材或合金钢复合材料。

29、为解决上述技术问题，本发明提供了一种双电主轴机床动态振动控制系统，包括：

30、第一构建模块：用于构建双电主轴机床的机架和横梁的几何模型，其中，所述横梁设置于机架上并在机架上移动；

31、第二构建模块：用于在第一构建模块的基础上，构建相关组件的几何模型，相关组件包括工作台、驱动机构和加工主轴机构，其中，所述工作台固定于机架之间并用于承载工件；所述驱动机构滑动设置于横梁上；所述加工主轴机构固定于横梁上，用于承载加工过程中的切削载荷；

32、装配模块：用于将机架和横梁的几何模型装配到一起，并将包括工作台、驱动机构和加工主轴机构的相关组件几何模型进行对应装配；

33、赋值模块：用于对装配在一起的机架和横梁的几何模型设置材料属性，得到具有材料属性的双电主轴机床及其相关组件模型；

34、网格划分模块：用于对所述具有材料属性的双电主轴机床及其相关组件模型进行网格划分；

35、施加约束模块：用于对网格划分后的双电主轴机床及其相关组件模型施加固定应力约束，并对双电主轴机床及其相关组件模型活动位置施加活动应力约束；

36、分析模块：用于对施加约束模块中的双电主轴机床及其相关组件模型进行双电主轴机床运行的机械加载，计算机架、横梁、驱动机构和加工主轴机构的振动应力和振动形变，得到有限元分析结果；

37、振动控制模块：用于根据所述有限元分析结果实现对双电主轴机床动态振动控制。

38、为解决上述技术问题，本发明提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述双电主轴机床动态振动控制方法的步骤。

39、为解决上述技术问题，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述双电主轴机床动态振动控制方法的步骤。

40、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

41、本发明通过有限元分析对机床的动平衡进行模拟测试，利用有限元分析能够模拟各种几何形状复杂的结构，并得出其近似解，便于计算机编程，数学处理方便，适用于复杂形状的结构，在双电主轴机床的制作和测试之前发现并解决潜在问题，节省时间和金钱等特点，有助于确定双电主轴机床动平衡设计的弱点并进行优化，提高产品性能、安全性以及降低制造成本，能够更好地为双电主轴机床提供动态振动控制的优选方法，提升机床的动平衡稳定；

42、本发明通过有限元分析的方式对双电主轴机床的动态振动进行模拟，并将机床的部件材料进行定义，使得机床的横梁和机架的各项导热、应力、强度、密度和韧性保持一致，后续在对于双电主轴机床的动平衡模拟测试过程中，能够保证机床的模拟准确度，提升动态振动控制的模拟分析准确；

43、本发明利用有限元分析方法，并将机床组件的各个动平衡连接节点设置成点面网格，当有限元分析软件，对机床施加实际运行过程中产生的应力时，能够更好地展现双电主轴机床的动平衡状态，方便后续更好调节机床，达到更好的动态振动控制需求，提升双电主轴机床的稳定使用。