龙门式微铣削系统的结构优化与实验研究

摘要

本文以微小零件切削加工为研究背景，设计研制了龙门式微铣削加工系统。该加工系统的整体尺寸为600mm×600mm×500mm，系统具有四个直线移动轴和一个旋转轴，加工范围为200mm×50mm×50mm。
　　根据微小零件铣削加工的要求，对系统整体和部件进行了结构设计。利用有限元分析软件，对龙门结构进行动静态结构分析，研究了龙门结构的变形趋势和最大变形发生的位置；其次对龙门结构进行模态分析，获得系统的固有频率和主要振型；根据龙门结构的变形趋势、模态，对横梁和立柱进行了多目标参数优化，提高结构的静、动态刚度，从而提高了系统的性能，采用锤击试验法进行机床的模态试验，获得了实际情况下的固有频率和阻尼比，证实了有限元分析的有效性。
　　应用多体系统的理论对系统进行误差建模，分析了影响系统误差的每个环节，建立龙门式微铣削系统的误差模型，为加工中误差的补偿提供了依据。
　　以研制龙门式微铣削加工系统为实验平台，进行了正交式微铣削实验，研究了切削参数（主轴转速、轴向切深、进给速度）对零件表面粗糙度的影响规律，得到了合理的切削参数。进行了零件表面粗糙度Cpk的计算，验证了龙门式微铣削系统加工状态的稳定性，所选切削参数的合理性。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 微型机床的国内外研究状况

1.3 微细切削理论的研究现状

1.4 主要研究内容

第二章 龙门式微铣削系统的结构设计

2.1 龙门式微铣削机床的总体要求

2.2 龙门结构

2.3 进给工作台

2.4 主轴系统

2.5 切削力测试系统

2.6 显微观测系统

2.7 隔震系统

2.8 本章小结

第三章 龙门式微铣削系统的性能分析

3.1 有限元法的基本理论

3.2 龙门结构的静态结构分析

3.3 模态分析

3.4 龙门结构的优化

3.5 谐响应分析

3.6 本章小结

第四章 龙门式微铣削系统几何误差模型的建立

4.1 拓扑结构与低序体阵列

4.2 龙门微铣削机床的拓扑结构

4.3 误差分析

4.4 本章小结

第五章 实验研究

5.1 龙门式微铣削系统的模态试验

5.2 微铣削实验研究

5.3 本章小节

第六章 总 结

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献