超高速凸轮轴磨床整机动态特性与动刚度研究

摘要

随着“中国制造2025”的逐步推进，制造业将迎来新一轮的飞速发展。机床装备作为机械制造行业不可或缺的工作母机，它是各种装备制造、零件生产的重要基础和前提。开发一批高精、高速、高效、柔性的数控机床与基础制造装备，加快高档数控机床装备的研发，是实现我国从制造大国到制造强国的必由之路。
　　凸轮轴是汽车、内燃机、国防等众多行业所需的重要零部件，高质高精的凸轮轴是由精度稳定、性能卓越、效率高超的数控凸轮轴磨床保证。高速凸轮轴磨床在实际加工过程中产生的振动直接决定了其加工质量。因此高速凸轮轴磨床一方面要具备很高的静刚度，另一方面还必须拥有足够的动刚度。要实现凸轮轴的高速、高效、高精加工，就必须对机床整体及关键部件进行动力学分析。
　　本文主要以凸轮轴磨床整机动刚度为研究目标，依次从机床重要零部件的动刚度测试、机床整体动刚度求解、整机动刚度验证三个层次对CNC8325B型数控凸轮轴磨床进行了动刚度分析。
　　论文首先对机床动态特性研究的基本内容、概念及意义进行探讨，阐述了机床动态测试的原理，并对整机动刚度的研究内容进行概述，提出了整机动刚度的计算公式。以CNC8325B型超高速数控凸轮轴磨床为研究对象，对其部件及整机展开动刚度研究。采用频响函数分析方法分别对机床床身、砂轮主轴、工件主轴、工件导轨、砂轮架箱体、砂轮架上下垫板、头架、尾架等九大部件进行动刚度试验，获得各个部件的动刚度图谱，固有频率和阻尼比，分析了影响机床动刚度的薄弱部件以及各部件刚度薄弱点的共振频率和机床临界转速。并在此基础上，获得了整机三个方向的动刚度。
　　论文对CNC8325B型超高速数控凸轮轴磨床的整机动刚度进行验证，根据凸轮轴磨床整机动刚度最终反应在直接影响加工质量的工件主轴上，实时测量工件主轴在加工过程中所受的磨削力和主轴位移，计算出实际加工过程中机床的动刚度，并用实际加工过程中测得的机床整机动刚度对锤击法得到的整机动刚度进行了验证。两种动刚度测试方法对于机床的动刚度测试均具有可行性，为机床的动刚度测试提供了新的思路，为机床产品设计提供了实际的指导意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状及问题

1.3 论文主要研究内容

第二章 机床动态特性理论研究

2.1. 动态特性分析的概念、内容以及分析的意义

2.2 动态特性分析的手段及方法

2.3 模态分析

2.4 机床的刚度分析

2.5 整机动刚度的定义

2.6 本章小结

第三章 CNC8325B整机动刚度分析及测试

3.1 整机动刚度的研究对象

3.2 凸轮轴磨床动刚度测试方案

3.3 数控凸轮轴磨床动刚度分析

3.4 整机动刚度计算

3.5 本章小结

第四章 整机动刚度验证

4.1 实验方案设计

4.2 磨削力测试

4.3 工件主轴系统实时位移测量

4.4 机床整机动刚度验证

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 论文研究结论

5.2 论文研究展望

参考文献

致谢