多轴数控机床刀具端动态特性测试评估及其软件开发

摘要

机床的动态特性影响其加工稳定性，从而影响加工效率、工件质量、刀具寿命等关键指标，通过稳定性叶瓣图来获知机床的加工稳定性，其必要前提是得到机床刀具端的频响函数。
　　为避免重复实验，采用三分量响应耦合子结构分析法，建立机床刀具端频响函数的预测模型，将机床系统划分为主轴-刀柄上段子结构、刀柄下段子结构和刀具子结构，通过耦合各子结构频响函数获得整体频响函数。采用复刚度矩阵方法辨识柔性结合部，用一个2×2的对称复刚度矩阵代表柔性结合部，通过逆响应耦合法求解矩阵中三个未知矩阵元素，可预测不同刀具刀柄组合的刀尖点频响函数。对比复刚度矩阵计算方法和遗传算法辨识刀柄刀具之间柔性结合部频响特性的效率和精度，结果显示复刚度矩阵计算方法模型更精确，计算效率更高，而对实验误差较敏感。
　　选取静刚度、固有频率、最小动刚度、界宽、过柔度等5个动态特性评价参数，给出通过频响函数来计算这些评价参数的计算过程。基于以上理论，整合MATLAB的计算工作和ANSYS的仿真工作，开发相应的机床动态特性预测与评估软件。按照树状节点管理结构搭建了软件的整体框架，将RCSA方法和评价参数提取方法的应用简化为软件中的指定输入和输出的操作，输入所需的实验数据和刀柄模型，输出预测的频响函数等。该软件可用于预测和评估不同工作位姿下不同刀柄、刀具组合的机床刀具端动态特性。
　　基于以上的理论方法，在多轴数控机床动态特性预测与评估软件平台上，分别对重型五轴联动机床和车铣复合加工中心在不同工作位姿情况下的动态特性进行测试、预测和评估，给出了机床动态特性的定量评估，并在此基础上对机床进行加工稳定性分析。

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 主要工作

2 机床刀具端频响特性的子结构响应耦合预测

2.1 机床刀具端频响函数的子结构响应耦合预测方法

2.2 三分量响应耦合预测模型

2.3 柔性结合部的辨识方法研究

2.4 多轴加工系统刀具端的频响函数预测

2.5 本章小结

3 多轴数控机床动态特性评估与软件的开发

3.1 多轴数控机床刀具端动态特性表征

3.2 多轴数控机床动态特性预测评估软件的目标需求和整体规划

3.3 多轴数控机床动态特性预测评估软件模块介绍

3.4 本章小结

4 不同工作位姿多轴数控机床动态特性测试与评估

4.1 五轴联动机床多位姿动态特性测试与评估

4.2 车铣复合加工中心动态特性的预测与评估

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表学术论文和申请发明专利目录