高速加工中心動力學(xué)若干關(guān)鍵技術(shù)問題研究.pdf

1、隨著刀具、驅(qū)動、控制等相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，高速加工在制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。高速加工中心是高速加工中的關(guān)鍵設(shè)備，本文針對高速加工中心機(jī)床研制中的若干關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。論文的研究對設(shè)計(jì)、制造高性能靜、動態(tài)特性的加工中心以及其控制技術(shù)具有十分重要的意義。主要工作有:
　　(1)對高速立式加工中心的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。傳動系統(tǒng)采用高速滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)給，采用全閉環(huán)控制。以立柱質(zhì)量、低階固有頻率為約束條件，以動剛度為優(yōu)化目標(biāo)，獲得

2、了立柱筋板優(yōu)化后的厚度值。在立柱質(zhì)量增加小于3.1％的改動下，x向動剛度提高17.6％，y向動剛度提高22.2％,z向動剛度提高68.9％。
　　(2)對高速加工中自由曲線加工的關(guān)鍵技術(shù)NURBS曲線插補(bǔ)算法問題進(jìn)行研究。包括泰勒展開一階、二階NURBS插補(bǔ)算法，對其軌跡規(guī)劃、誤差進(jìn)行分析。提出一種誤差反饋插補(bǔ)算法以及軌跡規(guī)劃方法，并與泰勒展開法進(jìn)行比較，該方法能夠很好地控制插補(bǔ)誤差?；谝陨涎芯浚捎肰B編程語言設(shè)計(jì)了NURBS

3、曲線插補(bǔ)仿真平臺。
　　(3)研究了應(yīng)用拉格朗日方法進(jìn)行直線導(dǎo)軌動力學(xué)建模的方法，建立了滑塊運(yùn)動坐標(biāo)系，采用拉格朗日方法建立了滑塊的動力學(xué)方程，并求解了各坐標(biāo)下的運(yùn)動固有頻率。同時采用APDL語言在Ansys軟件平臺下建立了導(dǎo)軌滑塊的有限元模型，采用彈簧代替滾珠進(jìn)行模態(tài)分析，獲得導(dǎo)軌滑塊的模態(tài)頻率和振型。兩種方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。研究結(jié)果表明導(dǎo)軌滑塊的振動主要以滑塊整體的運(yùn)動形式為主，而不是滑塊自身的變形。
　　(4)針對

4、機(jī)床刀尖點(diǎn)頻響函數(shù)的預(yù)測問題進(jìn)行研究。采用響應(yīng)耦合子結(jié)構(gòu)法進(jìn)行刀尖點(diǎn)頻響函數(shù)預(yù)測。研究了剛性連接和柔性連接不同結(jié)合條件下整體響應(yīng)計(jì)算方法。對實(shí)際主軸-刀具系統(tǒng)進(jìn)行分析，考慮橫截面具有橫向位移和彎曲轉(zhuǎn)角兩自由度情況下子結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型，研究了刀尖點(diǎn)頻響函數(shù)求解方法。最后對直徑10mm，長125mm的銑刀與直徑50mm的刀柄結(jié)合后的刀尖點(diǎn)四個頻響函數(shù)分別采用響應(yīng)耦合方法和Ansys分析方法進(jìn)行對比研究，研究結(jié)果表明響應(yīng)耦合法分析與Ansys建

5、模分析結(jié)果各階固有頻率值幾乎完全吻合，H11頻率響應(yīng)幅值誤差在1.5％以下。
　　(5)對機(jī)床整機(jī)振動測試問題進(jìn)行研究，分析了機(jī)床振動測試的實(shí)驗(yàn)步驟，采用B&K公司的7700 Pulse數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，514-001、4507B加速度傳感器，8230-001型力傳感器等儀器設(shè)備對高速加工中心VMC0540D進(jìn)行了單點(diǎn)激勵多點(diǎn)響應(yīng)的振動測試。在x，y方向分別進(jìn)行100Hz和400Hz內(nèi)的振動測試，獲得機(jī)床在低頻和較高頻率下的振動響