基于高加速度加工的机床动态特性研究

加工结构复杂、曲面形状不规则的航空发动机叶片,要求加工中心提供极大的加速度来保证各轴的快速移动,同时在高加速度的冲击下保证加工精度。建立叶片加工中心有限元模型,提出用复合单元处理螺栓结合面和滚珠丝杠-导轨-滑块结合面的方法,给出直线及回转加速度冲击下力及力矩的加载方案。基于Ansys Workbench平台对叶片加工中心进行高加速度瞬态响应分析,得出了加工中心在不同加速度冲击下的时域瞬态响应曲线,分析满足加工精度的振动衰减时间,将高加速度冲击下机床振动对加工精度的影响降低到最小。分析结果为合理选取加工中心加速度,优化叶片加工工艺及改善加工中心动态特性提供理论依据。

铣削加工颤振稳定域影响参数研究及优化

建立圆柱形铣刀铣削加工动态切削数学模型,采用一种解析法计算并绘制稳定域图,获取加工稳定性随工艺参数变化的规律。分析系统参数对铣削加工颤振稳定特性的影响,提高固有频率、增大系统刚度和阻尼有助于提高系统加工稳定性。基于动态变化的稳定域图及共振功率半频带频率,提出一种铣削稳定性约束下铣削参数优化模型,获取最大加工效率下的主轴转速、径向进给量及轴向进给量参数的最优值。开发铣削稳定性分析仿真软件,实现铣削颤振稳定域分析、共振区域分析、铣削参数优化等功能。将复杂设计分析过程工程实用化,具有工程应用价值。该方法同样可推广到磨削、车削的颤振分析。

高档数控机床基础件低应力制造特性的研究

围绕高档数控机床基础件的低应力制造问题,研究了残余应力的分布规律,提出从优化制造过程工艺参数出发的降低残余应力方法。明确了铸造、机加工是两个对残余应力的产生起主导作用的工艺环节,采用有限元法对某加工中心床身进行了残余应力分析,得出了该床身在铸造与机加工环节的残余应力大小及分布情况。据此优化铸造残余应力振动时效处理的工艺参数,并分析了铣削加工参数对残余应力的影响。分析结果对数控机床大型基础件的低应力制造提供理论依据,有效保证基础件精度和稳定性。

机床基础件动态特性影响因素的研究及应用

对某加工中心的床身、立柱基础件进行建模,采用弹簧-阻尼单元法对连接的结合面进行处理,完成基础件的动态特性分析。根据得到的前6阶模态的振型及频率数值,找出结构设计中的薄弱环节,并提出改进意见。改变筋板单元孔孔径大小、布局密度、单元孔形状,分析不同筋板结构型式的床身、立柱的性能,获得影响基础件动态特性的参数变化规律,得出选择合适孔径数据、增加筋板布局密度,能有效提高基础件动态性能。所得结论具有工程应用推广价值,同时为机床基础件结构改进、设计优化提供理论依据。

高精度加工中心床身结构拓扑优化研究与实践

采用变密度法对某叶片加工中心的床身进行拓扑优化分析,得到床身结构的拓扑优化变密度云图,用静刚度分析结果将床身结构分为主功能区和辅助功能区;分析比较了不同筋板布局形式和厚度的床身动态特性。将拓扑优化与动态性能分析相结合,分别改进两个功能区的筋板布局来提升床身整体性能。在原有床身质量不变情况下,静刚度提高25%,第一阶固有频率提高13%。这种结构设计方法,具有工程应用价值。该研究结果对提升机床基础件刚度及稳定性提供理论支撑,对数控机床大型基础件结构优化具有借鉴意义。