高加速度数控机床关键技术问题研究

本文以沈阳第一机床厂研制开发的CHH6 12 5卧式车削中心为研究对象 ,对其部分关键技术问题进行研究 ;主要论述了影响机床加、减速度的主要因素 ,以及如何更好地提高机床进给加速度 ;并建立了机床系统的多刚体动力学模型并进行数字模拟仿真和实验验证。针对高速、高精度机床提出了提高机床进给加速度的一些措施 。

高速精密加工中心整机动态性能分析

针对滚动导轨结合面特性参数难以确定的问题,提出滚动导轨结合面弹簧-阻尼等效模型及试验模态测试方法,获得导轨结合面的特性参数并将其应用到整机有限元模型中,进行整机有限元模态分析.对加工中心进行整机模态试验分析,将获得的分析结果与有限元分析结果进行比较.结果表明,有限元分析结果和试验分析结果吻合较好;同时识别出机床的薄弱环节,为整机结构优化设计打下基础.

一种精密卧式加工中心振动性能实验分析

机床的振动特性是影响整机精度的重要因素,并最终决定机床的加工性能和零件的加工质量,同时也是衡量机床品质的一个重要指标。基于这一重要性,针对某精密卧式加工中心样机采用先进的仪器设备和实验手段进行了模态试验,测得各阶固有频率、阻尼比和振形等模态参数,通过各阶振形的动画显示使设计人员对机床振动时各部件的振动情况有直观的了解,便于找出其中的薄弱环节,对机床主要部件的动态特性有更全面的掌握。该机床整体结构和重大专项精密卧式加工中心结构类似,所以该试验结果对后续的重大专项机床设计具有重要指导意义。

S形试件切削过程动态检测及其关键技术

系统分析了国内外现行的五坐标数控机床检测试件的优缺点。结合3D建模、理论计算、有限元分析和切削试验分别对S形试件的结构特点、型面分布、结构刚度和受力变形等关键技术难题进行了分析。研究发现,S形试件的表面曲率在型面的不同位置有明显差异,零件型面存在换向和交替穿越机床坐标象限的现象,并且零件的结构刚度在单侧加工时主要有4个突越区域,直接导致切削时的变形、振动和精度丧失。最后,对零件的粗加工、精加工两个加工阶段进行了切削过程分析。

高速精密车削中心主轴系统动态特性的研究

高速精密车削中心主轴系统的动态特性对高速精密加工的系统稳定性和加工精度会产生重要影响。应用试验方法研究了高速精密车削中心主轴系统在安装工件后动态特性的变化规律。研究表明在安装了不同的工件后主轴系统的固有频率随着工件悬臂长度而呈下降趋势,但在局部长度下当阻尼的增加超过刚度减少,则系统的动柔度反而下降;主轴夹紧力越大,其整体系统固有频率越高,而阻尼则呈下降的趋势;不同的工件材料在大悬臂长度时动态特性相差较大,但在小悬臂长度时的动态特性相差较小。

基于主机动态性能的立柱优化方法研究

通过对某卧式加工中心的立柱筋板形式进行优化,使得其主机动态刚度提高。首先利用Solid Edge对主机建立模型,适当简化后导入ANSYS Workbench进行网格划分,并对重要结合面建模,模拟实际工况,得到主机模态振型和以主轴端面为观测点的谐响应曲线。找到主机薄弱环节,并针对立柱筋板形式加以改进。结合Workbench拓扑优化分析,去除立柱外侧壁板部分材料,使得立柱累计减轻质量931.9 kg,约占原有结构质量的9.6%。立柱优化后的主机在前六阶模态频率基本不变的情况下,X方向动刚度提高为原结构的1.82倍,Y方向动刚度提高为原结构的1.37倍。

精密卧式加工中心立柱综合性能优化设计及分析

为提高精密卧式加工中心立柱的综合性能,采用拓扑优化与多目标参数优化相结合的系统优化方法对立柱进行分析及优化。利用ANSYS计算并分析了原始立柱的质量和静、动态性能。以立柱的刚度最大为目标,采用拓扑优化技术研究立柱的载荷传递路径。基于拓扑优化结果,分别以立柱的最大振幅和质量最小为优化目标,以立柱的最大静应力和最大静变形及质量不大于原始立柱相关参数为约束,对立柱进行多目标参数优化设计,确定了最佳结构和最佳参数的立柱。其与优化前相比:质量降低6.1%、静刚度和强度提高10%以上、各轴的最大振幅分别减小29.5%、26.7%、9.2%、最小动刚度分别提高43.5%、36.8%和8.8%。