基于结合部刚度特性的滚珠丝杠进给系统动态特性分析

滚珠丝杠进给系统的动态特性对数控机床的定位精度、加工性能和振动等特性具有重要影响。针对滚珠丝杠进给系统理论建模中结合部刚度难以确定的问题,以自行设计制造的滚珠丝杠进给系统为研究对象,基于吉村允效法计算进给系统固定结合部的刚度;根据滚珠丝杠副、滚动导轨副和轴承结合部的共同特点,提出基于Hertz接触理论的进给系统滚动结合部刚度计算方法,建立进给系统的有限元模型。在此基础之上,对进给系统进行理论和试验模态分析,通过模态振型和固有频率的对比验证了有限元模型和滚动结合部刚度计算方法的正确性。根据所建立的有限元模型,着重分析工作台的质量和位置、滚珠丝杠副的刚度、滚动导轨副的刚度和轴承的刚度等参数对进给系统动态特性的影响。所提出的方法为机床滚动结合部刚度的识别提供了参考,研究结论为滚珠丝杠进给系统的改进设计和动态性能优化提供了依据。

一种改进的基于响应耦合子结构法的刀尖点频响函数预测方法

针对现有的基于响应耦合子结构法(RCSA)的刀尖点频响函数预测方法需要辨识主轴-刀柄、刀柄-刀具结合面参数以及需要自制刀柄模型等引起的预测误差和预测过程复杂等问题,提出一种改进的基于RCSA的铣刀刀尖点频响函数预测方法。该方法首先改进已有的子结构划分方法,将机床-主轴-刀柄-刀具系统划分为机床-主轴-刀柄-部分刀杆、剩余刀杆和刀齿三个子结构;然后改进主轴-刀柄处转动频响函数的计算方法,通过铣刀的模态锤击实验采用反向RCSA和有限差分法计算机床-主轴-刀柄-部分刀杆结构的转动频响函数,并基于Euler梁模型计算出剩余刀杆、刀齿子结构的频响函数;最后将三个子结构的频响函数耦合确定刀尖点的预测频响函数。以一立式加工中心为研究对象,应用所提出的方法对铣刀刀尖点的频响函数进行了预测,并与其实测频响函数进行对比。对比结果表明:刀尖点的预测频响函数与实测频响函数符合程度较高,其预测、实测前三阶固有频率之间的误差在6.9%以内,所提出的方法可行有效、简单方便,且可直接基于铣刀的模态实验计算主轴-刀柄的频响函数,避免了相关结合面参数的辨识和刀柄模型的制作。

基于刀具振动位移的动态铣削力测量方法

针对铣削加工中动态铣削力难于测量的问题,提出了一种通过测量铣刀振动位移来确定动态铣削力的方法。该方法首先通过激光测振仪测量铣削加工时铣刀刀杆的振动位移,然后根据测量系统的静态校准结果由该振动位移确定相应的铣削力。针对高速铣削时的铣削力测量失真问题,通过分析刀具系统的动态特性,确定测量系统的传递函数,并采用零极点配置的方法设计了动态补偿环节对测量系统进行动态补偿,以提高测量系统的带宽。在铣削加工中心上进行了铣削加工实验,将本文方法确定的铣削力与三维力传感器测得的铣削力进行了对比。实验结果表明:本文测量方法能准确测量动态铣削力,测量系统的测量带宽可达1 600 Hz,且测量方法简单可靠,易于工程应用。

基于改进自适应遗传算法的固定结合面动态特性参数优化识别

针对固定结合面传统建模方法精度较低和结合面的动态特性参数难以确定的问题,改进了基于弹簧阻尼单元的建模方法,提出了基于实验模态分析和改进自适应遗传算法的固定结合面动态特性参数的优化识别方法。该方法以有限元计算的理论固有频率和阻尼比与其对应实验模态分析结果的相对误差最小为目标函数,使用改进的自适应遗传算法优化识别固定结合面的刚度和阻尼参数。以自行设计制作的固定结合面模型为研究对象进行了建模、实验、参数识别等分析,分析结果表明:所提出的方法是正确的、有效的,参数识别误差在5%以内,达到了较高的识别精度。

基于RCSA与GA的铣刀刀尖点频响函数预测

基于响应耦合子结构分析法建立了铣刀刀尖点的频响函数预测模型,针对其中主轴—刀柄基座系统频响函数矩阵难以理论计算和实验测试的问题,提出了基于实验模态测试与遗传算法寻优相结合的主轴—刀柄基座系统频响函数矩阵的优化拟合方法。以VMC850E型立式加工中心主轴系统为研究对象,基于上述方法对铣刀刀尖点频响函数进行了预测,并与其实测频响函数进行对比。结果表明：刀尖点的预测频响函数曲线与实测频响函数曲线符合较好,预测频响函数的固有频率与实测固有频率在0~4 000Hz范围内的相对误差小于4.37%。

数控机床进给单元滚动结合部轴向动态特性参数识别

针对现有结合部参数识别方法不能精确识别装配状态下数控机床进给单元滚动结合部动态特性参数问题,提出进给单元装配状态下滚动结合部轴向动态特性参数识别方法。将丝杠简化为弹性杆件以建立简谐力作用下丝杠及工作台的轴向振动方程,基于该方程建立结合部轴向刚度与阻尼参数识别模型;通过实验测量丝杠支撑点间距离、简谐激振力频率及幅值、丝杠轴端截面轴向振动速度幅值等参数建立识别方程组;基于遗传算法优化求解该方程组,识别出滚动结合部轴向动态特性参数。以自行研制的滚珠丝杠进给实验台为研究对象,基于该方法对其左、右端轴承组及滚珠丝杠副结合部轴向刚度、阻尼参数进行识别,并对识别结果的正确性进行实验验证。结果表明所提方法正确、有效,丝杠轴端截面轴向振动速度幅值的理论计算值与实验测试值绝对误差在7.7μm/s以内,参数识别精度较高。

基于切削声发射信号测量的刀具磨损状态判别

针对刀具磨损状态判别方法在变化的加工条件下判别正确率低的问题，通过实时采集刀具的切削声发射信号，提出了一种自适应获取声发射信号中刀具磨损状态特征的方法和基于磨损状态特征数据序列之间灰色关联分析结果的刀具磨损状态判别方法。以4把WNMG080408-TMT9125型号车刀在ZCK20数控车床上进行了车刀的切削磨损实验和磨损状态判别，实验结果表明：该方法能够自适应获取车刀的磨损状态特征，车刀的磨损状态判别结果与实际相符，具有较高的判别正确率。

基于铣刀精确建模的刀尖点频响函数预测方法

为准确地获取铣刀刀尖点频响函数,提出一种基于铣刀精确建模的刀尖点频响函数的预测方法。该方法基于RCSA理论和Timoshenko梁理论,将机床-主轴-刀柄-刀具系统划分为机床-主轴-刀柄-部分刀杆和剩余铣刀两个部分,并将剩余铣刀细分为剩余刀杆、过渡段以及多段刀齿。将铣刀分为对称型铣刀和非对称型铣刀两类,并针对每类铣刀各部分分别进行精确建模。以多把2刃和4刃铣刀为研究对象,进行实验测试,比较本文方法、等效质量法预测的铣刀刀尖点频响函数与实测刀尖点频响函数之间的差异,分析结果表明:该方法比等效质量法具有更高的预测精度,所预测频响函数的固有频率与实测频响函数固有频率的相对误差在5%以内。

基于RCSA的深孔内圆磨床主轴端点频响函数预测

基于响应耦合子结构分析法预测了深孔内圆磨床主轴端点的频响函数。首先对磨床主轴进行子结构划分,计算各子结构自由状态下的频响函数矩阵,然后顺序刚性耦合各子结构的频响函数矩阵,对轴承支撑点使用结构修改法修改轴承约束下的已耦合子结构频响函数矩阵,直至耦合到最后一个子结构,得到主轴端点的频响函数。以某深孔内圆磨床为研究对象,分别基于该方法和有限元法,对其主轴端点的频响函数进行预测,并对其进行实验测试。实验及分析结果表明:该方法预测精度高于有限元分析方法预测精度、计算速度快,便于深孔内圆磨床主轴系统的结构优化。

极端温度下气囊爆破仿真中内饰件材料性能测试与建模

文章针对安全气囊子系统爆破问题,为解决塑料材料在极端温度下高速拉伸设备受限、高速材料参数难以获取以及缺乏准确材料模型进行描述的问题,提出通过测量样条在不同测试速度下的横梁位移、使用横梁位移计算材料应变率对于曲线中应力水平的放大作用、使用Coper-Symonds方程对应变率效应参数进行拟合的方法,建立了材料在极端温度和高应变率耦合环境下的力学性能试验及参数处理方法,最后通过仿真及对标验证,确保方法的有效性。

细长轴车削振动影响因素研究

在车削过程中,由于机床-工件-刀具组成的工艺系统刚性较差,同时细长轴切削过程中热量不易扩散,长径比(l/D)大于20的细长轴类零件极易产生弯曲而发生振动.鉴于此,从建立细长轴车削过程的振动模型出发,通过理论分析和仿真研究,揭示工件长径比和切削三要素对振动响应的影响规律.研究表明,长径比、背吃刀量、进给速度和转速对切削力的影响程度依次降低.研究所揭示的细长轴车削过程动态特性规律对指导切削加工具有重要意义.

基于Matlab的细长轴车削振动因素研究

颤振是影响金属切削加工工件表面质量的主要因素,尤其车削细长轴工件时更容易发生切削颤振。文章基于横向振动理论建立了细长轴车削过程的振动模型,并从力学及数值分析角度求解了切削力引起的工件振动响应;在Matlab软件中通过仿真研究了切削用量和工件长径比的变化对工件振动响应的影响。设计了以背吃刀量、进给速度、主轴转速及工件长径比为变量的四因素三水平正交车削实验,分析4个因素对工件切削力的影响。实验表明长径比、背吃刀量、进给速度和转速对切削力的影响程度依次降低,实验结论验证了仿真结果的正确性,揭示了细长轴车削过程的动态特性。