基于动力学及切削特性耦合的数控机床结构设计

摘要

切削性能是评价数控机床好坏的重要指标之一,在结构设计阶段必须加以考虑.以提高实验室自主研发的立卧转换四轴联动数控机床的切削性能为目的,研究基于动力学特性与切削特性耦合的机床结构设计优化方法.首先结合切削加工中的颤振稳定域理论,通过实验获取机床刀尖频响函数和切削力系数,预测切削加工时的三维颤振稳定域图(主轴转速-切宽-切深)及颤振频率图(主轴转速-切宽-频率).其次采用实验模态技术对整机进行结构动力学测试及分析,在获取可视化振型的基础上,分析引起机床发生颤振,并导致切削性能降低的结构设计上的缺陷.在此基础上,改进主轴头结构并比较刀尖频响函数,结果表明系统动刚度约增加28.2％,机床抵抗切削颤振的能力得到明显加强.