龙门式五轴加工中心结构动态设计与实验方法

摘要

伴随着对数控机床加工精度、加工效率、表面加工质量和生产效率等性能要求的提高，机床结构静、动态特性已成为评估机床整体性能的一项重要指标，而机床静结合面的处理在获得机床结构静、动态特性方面显得尤为重要。本课题结合04专项，与沈阳中捷机床有限公司共同开展某型号高速龙门五轴式加工中心的结构动态设计，通过对该龙门式五轴加工中心结构的静、动力学和实验分析，全面地开展了整机和关键部件有限元建模与仿真、整机模态试验分析、结构修改等方面的研究工作，极大的提高了其加工效率与抗振性。同时，对机床静结合面进行初步的实验研究，得出一定条件下机床静结合面的变化规律，为之后龙门高速加工中心的结构动态设计奠定了重要的理论与实验基础。
　　 本研究主要内容包括：⑴利用ANSYS软件建立该龙门五轴式加工中心关键部件及整机结构的有限元模型，在建模期间，充分考虑边界条件以及结合面的处理，而后对其进行静、动力学分析，根据所做的数字仿真分析，给出了具有一定意义的结论；⑵针对所研制的龙门五轴式加工中心，利用LMS Test.Lab9A模态分析系统以及其他实验设备，对其关键部件和整机结构进行模态振动实验，验证了有限元模型分析结果，同时获得该龙门中心的动态特性并发现结构的薄弱环节，而后提出了改进方案；⑶通过有限元分析软件ANSYS计算分析，验证结构改进方案的可行性；⑷针对高速龙门五轴加工中心的结构特点，设计了一套结合面特性实验装置，利用已有的结合面参数识别方法，进行了试验，并得出相关的结论，为之后的深入研究奠定了一定的基础，同时，为龙门加工中心的动态设计提供必要的实验依据。