高速精密五轴联动加工中心结构设计及性能研究

摘要

五轴联动加工中心是复杂平滑曲面加工的重要手段，也是汽车、模具、航空航天业精密复杂零件加工的重要设备。它代表着机床制造业先进技术集成的方向，西方工业发达国家一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，实行出口许可证制度，并对于用于军事领域的五轴联动加工中心实行禁运，所以自行开发精密五轴联动加工中心对我国的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业的发展有着重要的理论意义和应用价值。为此，宁江机床集团在国家对技术创新项目的支持下，组织技术力量，进行了研发精密高速五轴联动加工中心的相关设计技术攻关，论文研究的就是其重要的组成部分。 论文在综合比较分析国内外五轴联动设计技术，综合借鉴国内外先进机床设计结构和设计分析手段的基础上，采用设计和试验相结合的方法，系统的对其总体布局、主要功能部件的设计、机床精度保持和机床高速运动的动态性能分析等关键项技术进行了深入研究。 (1)详细分析了国外五轴联动加工中心的机床设计方法，探讨了各种机床结构的优缺点，通过大量详细而准确的计算，提出了机床总体布局方案，并完成了机床主轴系统、进给驱动系统等主要功能部件的设计。 (2)在深入分析现有的检测系统的基础上，运用国外重心驱动最新理论，采用双光栅检测方式，结合机床双光栅检测的定位精度测试，提出保持机床高精度的全闭环检测系统的方案设计。 (3)采用有限元分析的基本原理和方法，对机床关键运动部件进行了结构性能分析，并将分析结果辅助机床性能试验，从而为机床的高速、精密等性能指标提供了可靠保证。 (4)基于上述对精密高速五轴联动加工中心主要设计技术的研究，成功开发了具有自主知识产权的五轴联动加工中心NJ-5HMC40，并顺利通过省科技厅的成果鉴定，并在国家重点单位得到了实际应用，取得了很好的社会经济效益。

目录

文摘

英文文摘

1绪言

1.1国内外五轴联动加工中心的发展现状

1.2发展宁江特色的五轴加工中心及意义

1.2.1宁江机床集团简介

1.2.2五轴联动加工中心市场需求和开发意义

1.3本课题研究任务

2宁江五轴联动加工中心结构设计及性能分析

2.1五轴联动加工中心总体布局设计

2.1.1分配机床部件的运动

2.1.2机床支承形式分析

2.1.3宁江NJ-5HMC40产品总体布局方案确定

2.2主轴系统设计及关键技术研究

2.2.1高速切削的特点

2.2.2高速主轴结构设计

2.3进给驱动系统

2.3.1滚珠丝杠和直线导轨配合的机床进给驱动系统的结构设计

2.3.2回转轴(B、C轴)结构设计及计算

3运用先进检测系统保证机床精度的研究

3.1精密五轴联动加工中心全闭环位置控制系统

3.2双光栅定位精度检测

3.2.1机床定位精度及影响因素

3.2.2双光栅检测对机床定位精度分析

4有限元分析在五轴联动加工中心设计中的应用

4.1有限元法的基本原理及软件介绍

4.2有限元法在五轴联动加工中心产品设计中的应用

4.2.1ANSYS软件介绍

4.2.2有限元模型的建立、参数设置及约束条件

4.2.3模态分析和瞬态动力分析和计算结果

4.2.4用有限元分析辅助试验的研究

5结论

附录

参考文献

声明

致谢