五轴联动数控加工中心结构动特性分析与优化

摘要

结构动态特性是影响数控机床加工效率、精度等性能指标的重要因素，有关数控机床结构动态特性建模、优化和试验技术一直是机床动力学领域的研究热点问题，具有重要学术价值和工程意义。本文针对某型号五轴联动加工中心存在的结构动态特性问题，较深入地开展了机床关键部件滑动结合面动力学参数识别、整机和关键部件有限元建模与仿真、以及结构试验模态分析和结构薄弱环节修改等方面的研究工作。具体工作如下：
　　 1)基于立式加工中心工作台，构建了滑动导轨结合面动力学参数实验平台，并通过大量实验，给出了滑动导轨结合面等效参数随润滑、正压力、镶条预紧力等参数变化的基本规律；
　　 2)建立了五轴联动加工中心整机和关键部件结构的有限元仿真模型，给出了相应的结构模态振型与参数，以及机床AB双摆头和立柱的基本变形规律；
　　 3)借助于LMS Test Lab模态分析系统，进行了机床结构试验模态分析和抗振性切削实验、以及机床立柱进给运动特性分析，提出了机床结构动态特性薄弱环节；
　　 4)针对上述机床结构动态特性薄弱环节，提出了相应的结构改进方案，并借助于有限元仿真，验证了结构改进方案的有效性。
　　 本文工作是国家科技重大专项“用于钛合金航空结构件加工的五轴联动加工中心”课题的一部分，所提出的机床改进措施已被企业所采用，为提高该机床的结构动态特性奠定了理论与实验基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 五轴联动机床国内外发展现状

1.3 结合面国内外研究现状

1.3.1 结合面重要性与复杂性

1.3.2 国外研究现状

1.3.3 国内研究现状

1.4 主要研究内容

第二章 滑动结合面建模与参数识别

2.1 引言

2.2 滑动结合面动力学建模与研究方法

2.2.1 结合面刚度与阻尼产生机理

2.2.2 结合面等效动力学模型

2.2.3 结合面参数识别方法

2.3 实验仪器配置与实验方法

2.4 工作台模态分析

2.4.1 基于有限元的模态分析

2.4.2 基于试验的模态分析

2.4.3 计算结果与试验结果对比

2.5 导轨结合面参数识别

2.6 本章小结

第三章 机床模态试验与关键部件响应分析

3.1 引言

3.2 机床整机模态试验

3.2.1 实验对象与实验目的

3.2.2 实验仪器配置与实验方法

3.2.3 整机模态试验结果

3.3 关键部位模态分析

3.4 Y向进给运动动态响应分析

3.4.1 实验方法

3.4.2 AB摆头动态响应分析

3.4.3 立柱动态响应分析

3.4.4 下滑座动态响应分析

3.5 导轨软带受压变形实验

3.6 实验结论

3.7 本章小结

第四章 机床有限元建模与结构优化

4.1 引言

4.2 整机模态分析

4.3 机床偏心对滑座与立柱变形的影响

4.4 螺栓强度校核

4.5 机床结构优化

4.5.1 滑座静力学分析与结构改进

4.5.2 立柱静力学分析与结构改进

4.6 刚度验证

4.7 结论

4.8 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要工作及结论

5.2 有待进一步研究的问题

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢