MDH80加工中心结构优化与加工特性分析

摘要

柔性生产线具有加工品种多、生产效率高等突出特点，加工中心作为其核心组成部分担负着整条生产线相当多的关键加工内容。一旦加工中心的加工能力出现问题，会直接影响整线的顺利运行。因此，很有必要对其进行结构性能分析、优化以及加工特性方面的分析。实际上，加工中心的结构性能和加工特性不仅需要生产者在设计和生产时加以重视，也是采购者在验收时格外看重的。
　　本文基于国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项课题“锡柴重型柴油发动机缸体、缸盖柔性加工生产线示范工程”课题中的机床精度稳定性子课题，结合工程理论和生产实际，主要做了两部分工作。一是以机床立柱为例进行了静动态特性分析和结构优化（如下1、2），二是分析了机床的加工特性（如下3、4），包括关系到表面质量的铣削颤振稳定域分析和面向加工精度（尺寸、形位精度）的机床能力稳定性评估。具体内容如下:
　　(1)鉴于立柱结构在加工中心整机性能中的重要性，对其进行有限元静、动态特性分析，包括静力分析、自由模态分析和约束模态分析。然后对立柱结构做了锤击模态试验，并将试验结果与计算机自由模态分析的结果进行对比。
　　(2)同样针对立柱结构对其进行结构优化。首先对立柱进行基于密度法的拓扑优化，得到立柱的概念模型。然后对内含筋板结构立柱进行参数化建模，在此基础上利用对参数化模型进行基于响应面法的尺寸优化，分析优化结果，为改进立柱结构提供理论依据。
　　(3)发动机缸体与缸盖的结合面对表面质量要求较高，不允许有振纹产生，因此研究铣削加工过程中的颤振稳定性问题。对加工中心进行刀具-主轴锤击模态试验，获得所用铣刀的低阶模态固有频率、刚度和阻尼比，然后进行铣削力仿真实验，获得刀具的铣削力系数。基于以上结果，构建铣刀铣削颤振的稳定性叶瓣图，来指导切削参数主轴转速和切削深度的选择和优化，避免加工中颤振的发生。
　　(4)发动机缸体侧面孔的加工对加工精度要求较高，使用机器能力系数Cmk来对加工中心的加工精度稳定性水平进行定量的描述。对一组工件进行了连续试切实验，试切完成后用高精度三坐标测量仪对工件进行精度检验，并保存精度数据。最后通过对两组检测数据进行机器加工能力分析，得出其各自的Cmk值，并进行对比分析。