铣车复合加工中心双驱进给系统动力学分析与仿真

摘要

随着数控机床的快速发展，人们对加工中心在高速、大负载、高精度和高效率等方面提出了越来越高的要求。在高速大负载的工况下，加工中心进给系统的动态特性对整个加工中心的定位精度、加工质量有着重大影响。因此，对进给系统进行动力学分析和研究具有重要意义。
　　本文以铣车复合加工中心的双驱进给系统为研究对象，在实现工作台于高速、大负载工况下平稳进给并确保加工精度的前提下，基于有限元法和虚拟样机技术对其进行动力学分析与仿真，取得的主要研究成果如下:
　　1.建立了铣车复合加工中心的整机模型，基于双驱进给系统的结构特点及横梁重心位置对整个进给系统的影响，对整机模型进行了合理简化，得到了双驱进给系统模型，为后续有限元分析和仿真分析奠定了基础。
　　2.建立了双驱进给系统的动力学模型，基于对各个结合面和横梁各个方向上位移及扰动的考虑，采用吉村允孝提出的积分法计算了结合面的等效刚度和等效阻尼;同时，利用拉格朗日能量法建立了动力学方程，求解出了固有模态。
　　3.基于有限元法，对双驱模型进行了模态分析和谐响应分析。对比简化后模态分析的数值结果与理论结果，验证了模型的合理性。通过谐响应分析，得到了双驱进给系统易产生共振的频率值，分析模态振型图，提出了双驱进给系统薄弱环节的改进意见。
　　4.基于虚拟样机技术，将滚珠丝杠处理为柔性体，在ADAMS中建立了双驱进给系统的刚柔耦合模型，并对其进行了运动仿真，得到了横梁的加速度曲线，发现横梁在两丝杠中间段加工时易产生振动;同时，以横梁上某一点的幅频特性曲线中的最大幅值为目标函数，两丝杠之间的跨距为参数变量进行优化，得到了两丝杠之间跨距的合理安装尺寸。

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摘要

插图索引

附表索引

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题的背景和提出

1．3 国内外相关领域发展与研究现状

1．3．1 进给系统的发展与国内外研究现状

1．3．2 铣车复合加工中心简介

1．3．3 双驱进给系统发展与国内外研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第二章 铣车复合加工中心双驱进给系统与实体建模

2．1 本课题铣车复合加工中心简介

2．2 双驱进给系统介绍

2．2．1 双驱进给技术的原理

2．2．2 双驱进给技术本课题的应用

2．3 铣车复合加工中心整机实体模型的建立

2．3．1 双驱进给系统实体模型

2．3．2 双驱模型简化

2．4 本章小结

第三章 双驱进给系统动力学方程建立

3．1 双驱进给系统动力学模型的建立

3．1．1 双驱进给系统进给单元

3．1．2 结合面的动力学模型与计算

3．1．3 双驱进给系统动力学模型

3．2 双驱进给系统动力学方程的建立

3．2．1 多自由度系统动力学理论基础

3．2．2 双驱进给系统动力学方程

3．3 双驱进给系统模态理论计算

3．3．1 模态计算理论

3．3．2 模态计算

3．4 本章小结

第四章 双驱进给系统动力学分析

4．1 双驱进给系统模态分析

4．1．1 模态分析基本理论

4．1．2 双驱进给系统有限元建模

4．1．3 模态分析结果

4．1．4 模型的验证

4．2 双驱进给系统谐响应分析

4．2．1 谐响应分析基本理论

4．2．2 谐响应分析模型的建立

4．2．3 谐响应分析结果

4．3 薄弱环节分析与改进

4．4 本章小结

第五章 双驱进给系统运动仿真与优化

5．1 仿真介绍

5．1．1 虚拟样机技术的介绍

5．1．2 ADAMS本文应用介绍

5．2 双驱进给系统刚柔耦合模型

5．2．1 耦合模型的建立

5．2．2 耦合模型非线性约束的考虑

5．2．3 耦合模型的运动学仿真分析

5．3 横梁振动分析与优化

5．3．1 模型输入输出通道和激振力的定义

5．3．2 振动仿真分析

5．3．3 模型参数优化

5．4 本章小结

结论与展望

总结

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文