吴晖[1]2003年在《专用机床主轴系统及传动系统数值仿真研究》文中提出高效棒料光整机是一种专门化机床，目前国内这类机床只有青海重型机床公司生产的Q3808A型无心车床。针对Q3808A无心车床存在的一些问题，青海重型机床公司与兰州理工大学机电工程学院开展合作，在原设计方案基础上进行优化设计，使机床能够获得更优越的动力学性能，更好的加工精度和更高的加工效率，并在此基础上开发新的系列化机床。 在此横向课题的全面进展过程中，本文就机床的主轴系统以及传动系统的动力学特性进行了较为深入的研究。建立了主轴系统基于Riccati传递矩阵法的质量分布梁动力学模型，基于此模型建立了与之相应的数学模型，通过MATLAB编程运算对系统的动力学性能进行计算机数值仿真，获得了机床主轴系统横向振动时其固有特性方面的有关信息，以及主轴系统主要设计参数对系统动态性能影响的有关信息，并针对这些信息进行了详细的分析。建立了机床传动系统基于Riccati传递矩阵法的动力学模型以及与之相应的数学模型，通过计算机数值仿真，获得了传动系统扭转振动时有关其固有特性方面的信息，并进行了分析；通过模态柔度的计算确定了系统扭转振动时的危险模态，通过能量分布率的计算确定了系统在危险模态下的薄弱环节，并由此提出了一种修改方案，对其动态性能进行了预测，从而对传动系统进行了动态优化设计。
杨勇[2]2012年在《大型数控滚齿机加工误差及补偿研究》文中指出大型数控滚齿机主要应用于航空、船舶、风力发电、重载车辆及工程机械等领域齿轮加工，这些行业所需齿轮结构尺寸大、精度要求高，但加工成本高风险大，故对滚齿机的安全性能与加工质量要求较高，特别对加工精度指标要求很高。由于大型数控滚齿机结构尺寸比较大，部件种类与数量多，机床外支架伸出较长，滚刀与工件主轴结构尺寸长，机床各种系统配置多，以及机床滚削结构系统与受力情况均较复杂，故影响齿轮加工精度的因素多而复杂。因此，展开大型数控滚齿机加工误差与性能研究，对提高与改善机床加工精度，减小齿轮加工误差具有十分重要意义。为了全面实现大型数控滚齿机高速、高效及高精度的大齿轮加工，本学位论文主要从以下五个方面对滚齿机加工误差的产生机理及补偿技术进行深入研究与探讨工作：①研究大型数控滚齿机滚削力对主轴变形的影响，是减小或控制大型齿轮加工误差的方向之一。本文根据滚齿工艺参数、坐标变换方法及弯曲变形理论推导了滚刀、工件主轴变形及中心距X方向变化量计算公式。针对某具体型号大型数控滚齿机，由实际结构与滚削参数计算出滚削力、主轴变形及中心距变化量数据，获得了滚削力与主轴转速、进刀深度及主轴变形关系曲线，揭示了滚削变形规律。表明该研究可为滚齿机的结构优化、滚齿工艺参数选择、加工误差预测及补偿提供理论依据。②为了掌握滚齿机由滚削动态特性引起主轴及主轴中心距X方向变形量对齿轮加工精度的影响状况。本文从滚齿机结构、滚齿工艺参数、动态特性、动力学原理及Euler-BernouHi梁振动理论出发，建立起滚齿机主要部件及主轴系统的模态、谐响应及振动特性理论相关数学模型。根据理论模型、滚齿工艺参数及振动测试数据，研究与分析了滚刀与工件主轴振动位移响应参数跟滚削工艺参数间的相互关系，揭示了滚齿机由振动引起的滚刀与工件主轴中心距X方向变化规律以及该变形量对齿轮加工精度的影响程度。③系统地对大型数控滚齿机，由热变形引起滚刀与工件主轴中心距X方向位置偏差变化情况进行了研究。针对大型滚齿机结构特点，在金属材料热膨胀原理、构件轴线可伸长理论及温度分布不均匀梁的Euler-Bernoulli和Kirchhoff平截面假定理论基础上，提出一种滚齿机的热变形计算新模型，并提出基于变形微元与隔离体法的滚齿机立柱轴向变形与弯曲变形耦合理论。基于理论研究提出一套滚齿机的热变形与温度测试系统，建立了实验平台，测试与分析滚齿机的热变形位移与温度实验数据，揭示出滚齿机的热变形理论与实际规律，得出滚刀与工件主轴中心距位移偏差与齿轮齿向偏差轨迹曲线。④在大型数控滚齿机振动模态、谐响应及滚削动态特性理论研究基础上，以某具体型号大型滚齿机为对象，建立起滚齿机约束模态及谐响应的动力学有限元仿真模型，提出了滚齿机动力学仿真的边界约束条件。结合滚齿工艺参数与材料特性参数进行了仿真计算。根据振动响应仿真云图与数据曲线，对滚刀与工件主轴中心距变化量及齿轮加工误差的影响进行了分析。仿真研究结果为滚齿机结构优化与装配位置调整提供了理论依据。⑤在大型数控滚齿机热变形理论与实验研究基础上，采用模糊聚类法对滚齿机测试温度变量进行了筛选，利用多元回归法-最小二乘法，建立起滚齿机滚刀与工件主轴中心距热误差-温度的补偿模型。在数控自动编程系统中，对某具体型号的大型数控滚齿机进行了热误差补偿实验。研究结果表明，滚齿机主轴中心距热变形量得到大幅度降低，齿轮各项指标与精度显着提高。所建立的热误差补偿模型精度高，能有效预测和控制滚齿机的热变形及齿轮加工误差，可提高滚齿机加工精度与效率，表明该补偿系统与实验具有较强的实用价值。本论文采用理论、实验及有限元研究方法，建立了大型滚齿机滚削变形、动力学振动位移及热变形的理论计算新模型。将齿轮加工工艺与实验测试、数控加工与计算机软件技术相结合，建立了滚齿机主轴中心距变化量的热误差补偿模型，成功地进行了热误差补偿试验研究。结果显示，滚齿机与齿轮加工精度得到极大地提高，表明这些研究为提升大型数控滚齿机高速、高效的加工能力，和全面实现滚齿机高精度的大型齿轮加工技术，奠定了理论基础和提供关键技术支持。
姚廷强[3]2007年在《铣床主轴系统刚柔耦合多体动力学建模与仿真分析》文中进行了进一步梳理高速、高效、载荷／质量比大、精密复杂的机械系统已成为研发、生产现代机床产品的主流。高速加工或准高速加工要求机床系统具有很好的动态特性，以满足现代生产力、精度和可靠性的要求。在实际工程中，机床系统的加工性能在很大程度上取决于主轴系统的动态响应特性和可靠性。本文结合云南省省院省校合作项目“共建昆明铣床厂产品开发技术创新中心”，以有限元法和刚柔耦合多体系统动力学方法为基础，提出基于修正的C-B模态集成耦合法的动力学仿真模型，预估刚柔耦合多体主轴系统的动态响应的分析方法。该方法可以有效地解决考虑多动态参数激励的主轴系统的动态响应问题，仿真结果为机床主轴系统的动态设计和分析研究主轴系统的动态响应特性提供重要的参考数据和理论依据。本文在铣床主轴系统的协同设计与仿真的数据交换、主轴多体系统的刚柔耦合动力学建模、角接触球轴承3D接触动力分析、主轴—轴承部件耦合固有特性和动力响应分析、刚柔耦合多体主轴系统的动力分析等几个方面进行了较全面、系统、深入的数值分析和应用研究。基于Hertz接触理论，建立了角接触球轴承的接触动力学模型，提出考虑摩擦力、离心力和陀螺力矩作用的角接触球轴承3D接触动力学分析的方法；利用修正的Craig-Bampton模态集成耦合法，建立主轴—轴承部件耦合的动力分析模型，进行固有特性分析和受迫振动分析。利用文献[91]的模态试验数据验证了分析模型和计算结果的正确性。从总体上看，刚柔耦合多体主轴系统的动态响应具有周期性和稳定性，说明其具有较好的动态性能。分析出铣床主轴4000rpm的转速频率不会激起主轴系统的共振响应；在同转速条件下，刀具为6齿端铣刀时的切削力激励频率并不在主轴系统的安全频率范围。垂直主轴功率实验工况Ⅰ的切削深度为2／3最大值和切削深度为最大值两种边界条件下，柔性主轴最大径向振动位移值均在结点1处的刀具端。该位移值相对较大，具有较强的周期性，说明主轴系统具有较好的动态性能。主轴转速为4000rpm，柔性主轴结点1处的刀具端径向振动的位移值比柔性主轴—轴承部件的径向振动位移值大。刚柔耦合多体主轴系统的振动速度和加速度响应特性，表明柔性主轴具有较大的振动速度和加速度，尤其是冲击加速度，因此，铣床并不适合在4000rpm下，使用6齿刀具进行实际的零件加工。
安波[4]2007年在《CK61100数普兼容车床动力学特性仿真研究与实现》文中研究表明数普兼容式车床CK61100是基于普通车床进行数控改造而来，将主轴系统改为变频控制，加装伺服控制系统，精减冗余机械传动链，使机床加工效率及精度显着提高、宜人性增强，操作性更符合人机工学，进一步满足现代加工工艺对机床的要求。本文在改造的基础上进行运动学和动力学仿真，从理论上对该机床进行分析验证并进行优化，使该机床获得更优越的动态性能，更好的加工精度和更理想的输出特性。在此课题的开展过程中，本文就机床主轴传动系统及伺服进给运动的动力学特性进行了较为深入的研究。1、在对机床动态性能仿真系统分析的基础上，引入Riccati传递矩阵法和虚拟样机技术，对仿真系统的方案进行了研究。2、建立机床Riccati传递矩阵法动力学模型及与之相应的数学模型，通过计算机数值仿真，获得了传动系统扭转振动时有关其固有特性的信息，并进行了分析。通过模态柔度的计算确定系统扭转振动时的危险模态，通过能量分布率的计算确定系统在危险模态下的薄弱环节，进而提出优化方案。3、研究了机械系统中摩擦的非线性特性及不同摩擦模型的特点。并根据机床运动系统中摩擦的特点，建立了基于Karnopp模型的摩擦非线性模型。4、分析了两种工程软件ADAMS和Pro／Engineer的特点，研究了二者的无缝连接。通过此无缝连接接口将CAD模型和仿真模型有机连接在一起，建立了CK61100数普兼容机床运动学和动力学仿真系统。
李金华[5]2014年在《精密数控车若干关键技术的研究》文中研究说明随着科学技术的快速发展,高档数控机床正朝着高速度、高精度、高效率与复合化方向发展,精密数控车床和车削中心已成为现代数控机床发展的主要方向之一。研究开发一台精密数控车床需要多种方案的反复比较和试验,也需要大量的技术投资和较长的开发周期。如何利用现有技术快速有效地提高其动态特性和加工性能,已成为精密数控车床国产化亟待解决的问题。为了实现精密数控车床高精、高速及高效加工,本文结合国家科技重大专项"HTC3250μn精密数控车和车削中心”,利用理论推导、数值仿真分析和实验等方法和手段对精密数控车切削颤振、主轴单元设计及热补偿等关键技术展开深入研究,主要内容及结论如下：(1)构建了基于再生型切削颤振机理的数控外圆车削颤振理论计算模型,并在模型中引入了瞬态切屑厚度和刀具角度变化等影响因素,通过仿真分析得出极限切宽和主轴转速之间具有明显的非线性关系,且主轴转速对颤振影响最为明显；切削稳定性随主振系统的等效刚度或阻尼比增加而增加,但当方向系数、切削重迭率或切削刚度增加时,稳定性反而降低,同时叶瓣曲线的形状也随之改变；但主振系统固有频率不影响曲线形状,它的增大使曲线整体右移。以上研究实现了切削颤振稳定性极限预测,为后续抑振措施的研究提供了理论依据。在此基础上开发了车削颤振分析专用程序,实现了数控外圆切削颤振稳定区的数值计算。(2)利用有限元分析和模态测试相结合的方法获得了HTC3250μn精密数控车整机和刀具系统的动静态特性,结合切削振动测试得出刀具系统是该数控车切削颤振主体,以上结果为切削颤振主动控制提供了动静态特性数据。此外,在数控车结构设计中,提出了应用高阻尼高刚度结构实现减隔振的方法,设计了液体动静压电主轴、静压导轨、树脂混凝土床身和空气弹簧隔振器,通过切削试验证明了以上结构能够满足机床使用要求。(3)针对再生型切削颤振建立了切削过程衰减系数模型,通过对时变转速切削过程进行仿真获得了系统振动频率和衰减系数的变化规律,结果表明：时变转速切削时再生反馈向系统输入的能量少于恒速切削时其输入的能量。通过切削试验验证了模型和仿真的正确性以及变速切削抑振的可行性。基于时间序列分析方法构建了切削力二阶时序模型,提出了通过在线辨识切削稳定区预报切削颤振的方法；给出了切削过程稳定区搜索控制方法,通过在线调节主轴转速搜索切削稳定区,保证系统在稳定区内工作,避免切削颤振的发生。在此基础上,开发了切削颤振预报和切削稳定区搜索控制程序,实现了颤振的主动控制。(4)提出了高速高精主轴多目标优化设计和临界转速校核的有限元方法和基本流程。采用弹簧阻尼单元模拟动静压轴承支承,建立了主轴叁维有限元参数化模型并分析其动静态特性,获得了主轴静刚度、固有频率和振型；通过谐响应分析,比较主轴在共振和设计工况下的振型,找出了该主轴的危险点并进行了分析验算；在此基础上,通过扫描设计变量提取影响因子权重,建立了主轴的多目标结构优化设计数学模型,并利用一阶优化算法对体积和振幅进行优化；基于转子动力学理论对优化后的主轴模型计算了坎贝尔曲线,对高速高精主轴进行临界转速校核。在此基础上开发了数控车主轴单元参数化分析系统用于机床主轴分析设计,实现了主轴的快速可靠分析。(5)给出了基于有限元技术进行主轴系统热特性分析和热结构优化的方法,提出了改变边界条件减小热变形的方法,并以HTC3250μn精密数控车为例展开研究,进行了机床热态特性和主轴热变形测试试验。提出了基于灰色综合关联度的测温敏感点选取方法,构建了基于多元线性回归的热误差-温度补偿模型。提出了嵌入式主轴系统热补偿方法,依据半闭环前馈补偿原理,基于数控机床坐标原点偏移功能,利用嵌入式技术开发了主轴系统热补偿器,实现了精密数控车热补偿,提高了加工精度。
周城[6]2011年在《数控机床高速液压动力卡盘的研究》文中研究表明高档数控机床的高速高精度发展趋势,对数控机床的功能部件提出了更高的速度与精度要求,液压动力卡盘作为数控车床和车铣复合加工中心的重要功能部件,向着高转速和高夹持精度方向发展。然而,高速液压动力卡盘的发展相对落后于电主轴和切削刀具等其它功能部件,缺乏高速、安全的液压动力卡盘已成为高速车削技术未能在批量生产中得到广泛应用的一个重要原因；我国的液压动力卡盘技术落后于欧洲和日本,高档液压动力卡盘全部进口。本学位论文研究高速液压动力卡盘的高速回转密封和夹紧力损失补偿等关键技术,目的在于提高液压动力卡盘的转速性能,并为液压动力卡盘的结构设计和优化提供理论参考,为其性能检测提供手段,具有重要的工程意义和学术研究价值。本文创建了回转液压缸多段微米级密封缝隙的液固气叁相热耦合流动数值模型,该模型考虑了液压油液的粘温特性、油液与固体壁面和空气之间的热传递、以及叁个密封缝隙之间的相互传热,因此对油液温度的预测效果比经典的缝隙流动理论更加准确,而且还能预测固体圆环的壁面温度,计算与实验结果对比表明,该模型计算的油液温度误差小于5%内,可为高速回转液压缸回转密封的设计提供理论基础。提出了高速动力卡盘的夹紧力损失分段模型,该模型考虑了动力卡盘传动机构在低速阶段与高速阶段的变形差异、卡盘传动机构的摩擦力、回转液压缸中液压油液的压缩性等因素,更深入地揭示了高速动力卡盘的夹紧力损失机理,与实验结果对比表明,该模型计算的夹紧力损失尤其是夹紧力损失系数,比已有的夹紧力损失模型具有更高的精度。据此研制的外径250mm和160mm两种规格的离心力补偿型高速动力卡盘样机,填补了国内空白。样机的大量试验结果表明,外径250规格的动力卡盘在6000rpm时的剩余夹紧力是初始夹紧力的82.9%,外径160规格的动力卡盘在7500rpm时的剩余夹紧力是初始夹紧力的71.5%,远高于行业标准规定的33%,剩余夹紧力和转速达到目前国际量产动力卡盘的最好指标。发明了一种高转速拉压力传感器,该传感器将应变式拉压力测量技术与非接触式供电和信号传输技术结合为一体,能够在高转速时测量回转液压缸的输出推拉力,解决了高转速工况下回转液压缸的保压性能检测难题,为回转液压缸及其液压锁的性能改进提供了有效的检测手段。论文主要结构如下：第一章,介绍液压动力卡盘的发展历程、关键技术问题和国内外研究现状,论述了本文的研究目的、意义和主要研究内容。第二章,建立了回转液压缸全周口密封缝隙流动和温升的理论模型,以及叁段微米级密封缝隙的液固气叁相热耦合流动的数值模型,并开展了实验研究；分析了全周口缝隙流动的温升、热传递和泄漏量等特性,提出了降低缝隙流动温升的措施；开展了非全周口密封缝隙流动的温升、泄漏量和转矩的实验研究。第叁章,建立了楔式动力卡盘的静态夹紧力模型,分析了楔式动力卡盘的传动效率；建立了楔式动力卡盘的夹紧力损失分段模型,并分析了摩擦力、刚度和结构尺寸对夹紧力损失的影响。第四章,建立了杠杆式补偿型动力卡盘的夹紧力损失模型,并提出了夹紧力损失的优化设计方法,研制了杠杆式补偿型动力卡盘样机；提出了基于电液比例压力控制和压力多级控制的夹紧力控制方法。第五章,介绍了高转速拉压力传感器的工作原理,分析了离心力对传感器测量精度的影响,提出了膨胀变形引起的测量误差的补偿方法。论述了高转速拉压力传感器在液压动力卡盘中的应用。第六章,总结本文的研究工作,归纳了主要的研究结论,指出论文的创新点,并对今后的研究工作进行展望。
雷涛[7]2017年在《高速干切滚刀主轴系统动热态特性分析与试验研究》文中进行了进一步梳理可持续发展对于建设制造强国尤为重要,加强绿色环保先进技术、工艺与装备的研发与推广,是加快中国制造业绿色改造升级,实现可持续发展的必由之路。目前,我国齿轮的主要加工方式还是湿式滚切工艺,需要大量使用切削油液,造成车间的环境污染和影响工人的职业健康。然而高速干切滚齿完全消除了切削油液的使用,并且成倍地提高了滚齿加工效率,实现了绿色高效生产,是滚齿加工工艺的发展方向。由于没有切削油液的冷却、润滑作用,加上主轴转速大且加工参数变化范围广的特性,直接影响着高速干切滚刀主轴系统的动热态特性,进而影响着机床的工作稳定性、滚齿加工精度和刀具使用寿命等。鉴于此,本文在国家自然科学基金项目(编号:51475058)等的资助下,对高速干切滚刀主轴系统的动热态特性进行了理论分析,并进行了系统动热态特性的有限元仿真分析与优化,开展了一系列实验,验证了分析的可靠性,可以为高速干切滚刀主轴系统结构优化、工艺改进和参数优化提供有效支撑。首先,基于振动分析理论建立了高速干切滚刀主轴系统的模态分析模型和振动响应分析模型;主要从热传导和对流换热对滚刀主轴系统的传热机理进行了分析,并提出了高速干切滚刀主轴系统的热结构耦合模型;基于上述分析,为高速干切滚刀主轴系统的动热态特性分析提供了理论基础。其次,采用数值仿真的方法计算得到滚切力并结合相应的实验,对滚刀主轴系统的力载荷特性进行了分析;基于ANSYS Workbench平台建立了滚刀主轴系统的有限元模型并进行模态分析,得到了各阶固有频率和振型;采用分频段的振动谐响应分析方法,进行了多参数混合影响的切削载荷作用下滚刀主轴系统振动响应分析;从轴承刚度及阻尼、加工参数选择方面对滚刀主轴系统进行了动态优化。然后,重点从高速角接触球轴承发热和高速干切削过程发热对滚刀主轴系统的热载荷特性进行了分析;根据传热机制,对滚刀主轴系统的传热和散热进行了分析,并确定了热边界条件;建立了滚刀主轴系统的热分析有限元模型,得到了滚刀主轴系统在给定加工参数条件下的热分布及热结构耦合结果;从主轴转速变化、压缩空气的流量及温度方面对滚刀主轴系统进行了热态优化。最后,开发了相应的实验平台并开展了高速干切滚刀主轴系统的性能测试实验,包括:1)主轴敲击模态测试实验;2)不同加工参数组合下的加工过程振动响应测试;3)加工过程关键零部件温升测试。试验结果验证了仿真分析的可靠性。
汪正国[8]2015年在《双面车床主轴结构设计及实现》文中研究指明近几十年来,我国航空工业发展较快,但在航空发动机的高品质制造方面和国外相比还存在相当大的差距。航空发动机中存在很多薄壁类零件,由于航空发动机的工作环境恶劣,对这类零件的加工质量要求很高。因而,减小发动机中这类薄壁零件的加工变形,实现其高品质加工对航空发动机的制造具有重大意义。本论文提出双面车削的加工方法来解决航空压气机盘零件的加工变形问题。新的加工工艺能够使压气机盘在加工过程中受到的法向切削力相互抵消,从而有效地抑制了压气机盘的加工变形,得到较好的零件加工品质。本文对自主研发的双面车床主轴进行了详细设计,全文主要研究内容包括下述内容:(1)分析航空压气机盘零件的特征和加工难点,确定了双面车床主轴的总体设计指标,确保压气机盘零件加工精度的实现。(2)对双面车床主轴进行了详细地设计并对各主要部件进行了强度校核计算。主轴设计包括传动系统、主轴箱、润滑系统和机床夹具。设计过程中,首先使用Solidwirks对各零件的叁维模型进行创建并完成虚拟装配,确保主轴各部件结构设计的合理性,避免装配干涉等设计缺陷。其次,结合Ansys Workbench对主轴各主要零部件进行了强度校核计算,确保各零部件在使用寿命时间内不发生失效。(3)使用AutoCAD绘制双面车床主轴零件图,对双面车床主轴零件进行试制,完成了双面车床主轴的装配工作。主轴精度检测结果显示双面车床主轴精度均满足设计要求。在后续机床调试的过程中,各部件运行正常。(4)针对主轴误差的测量方法,提出了四点法对主轴轴向窜动误差、角度摆动误差和主轴零件的平面度误差进行分离。并使用Matlab对算法进行仿真,结果显示分离精度能够达到要求。
杨振[9]2012年在《基于微磨料水射流刀具钝化机床的研究》文中认为刀具钝化技术是二十世纪末欧美等发达国家为提高刀具使用寿命、切削效率和降低成本提出来的。刀具钝化在刀具生产过程中极为重要,它影响着刀具的各项使用性能。刀具是机床的“牙齿”,其刃口的结构形式和表面质量决定了刀具能否顺利进行切削加工。经过磨削加工的刀具刃口,存在不同程度的缺陷,严重影响刀具加工性能。出现这些现象主要是由于没有钝化工序,因此刀具钝化工序是非常必要的。刀具钝化就必须有相应的机床,这就要设计出经济、适用的刀具钝化机床,所以研究刀具钝化机床十分有意义。在查阅、分析了大量的国内外文献基础上,提出了基于微磨料水射流的刀具钝化方法。本文通过对各种刀具钝化机床的发展状况、加工原理、优缺点的分析研究,结合微磨料水射流技术的加工特点、产生方法、关键技术等方面的系统研究,旨在利用微磨料水射流技术设计一台实用的基于微磨料水射流的刀具钝化机床。本文对微磨料水射流刀具钝化机床进行了结构设计。钝化工作台采用四轴结构,分别为桥架(X轴方向)、横梁(Y轴方向)、钝化刀头(Z轴方向)、旋转轴A,此外还有水平螺杆送料轴B,工作台由数控系统驱动沿X、Y向移动,Z轴上下移动,钝化刀头置于固定刀架Z轴上。工作台的中央位置设计有磨料回收箱。采用滚动直线导轨副和滚珠丝杠副无齿隙齿轮齿条的组合,从而保证进给系统的精度。刀具钝化夹具装置在小批量情况下采用螺母压紧式,在大批量情况下则采用气缸组合夹紧式。根据刀具钝化机床的叁维结构模型,应用动力学方程建立刀具钝化机床X轴和旋转轴A的传动系统物理、数学模型。考虑到机床的精度、经济性、实用性、等方面的因数,本机床选用半闭环伺服系统。本机床的X、Y、Z轴选用富士GYS401D C2-T2A型交流伺服电机,以及RYC401S3-VVT2型伺服驱动器。通过对机床运动精度验算,机床的定位精度可达4μm和重复定位精度为4μm。本文推导出机床滚珠丝杠系统的导热微分方程以及热应力的广义虎克定律。建立滚珠丝杠系统的热分析有限元模型,通过温度场分析得到滚珠丝杠系统中整个螺母的温度最高,约为24.657~oC,温升为4.657~oC;左右轴承的温度约为24.14~oC,温升为4.14~oC;滚珠丝杠与螺母和轴承接触部分的温度较高,大约22.587~oC,其余部分的温度不超过21.552~oC。然后将分析得到的温度作为载荷加载到模型上进行热—结构耦合分析,得到整个滚珠丝杠系统的热变形比较大,热变形量最大的地方位于螺母上,变形形式为轴向窜动和径向膨胀,最大热变形量达到4.9μm;而丝杠的热变形比较小,由于受到螺母传导热的影响,最大变形发生在靠近螺母处,大约为1.633μm。本文设计开发了水平螺杆送料装置,其输送的流量为23.67g/min~109.48 g/min。同时通过对磨料喷嘴的研究,专门设计了的准矩形磨料喷嘴。本文进行了基于微磨料水射流的刀具钝化实验研究。实验过程中,测得矩形刀片的平均温度为25.2~oC,叁角形刀片平均温度为34.9~oC,远远低于刀片表面烧伤和污染的温度。钝化后的刀片,矩形刀片的表面粗糙度从Ra0.0258变为Ra0.654,而叁角形的则从Ra0.0338变为Ra0.5262。钝化的刀片,刀刃成近似对称圆弧状,而没有钝化的刀刃成锐角状。矩形硬质合金刀片的平均刃口半径为21.79μm,而叁角形的平均刃口半径为22.12μm。钝化后的刀具边缘在显微镜下进行观察比较光滑,没有任何磨料颗粒特征,对被钝化的刀具的金相组织没有影响。
巩亚楠[10]2015年在《水室封头铣削加工切削力分析及振动特性研究》文中研究指明随着近年来我国经济的高速发展，对能源的需求量急剧增加，为了缓解能源需求日益增长所带来的矛盾，核能的开发与使用是我国目前解决能源问题的最主要的方式之一。核岛AP1000蒸发器水室封头是当今世界应用最广和制造难度最大的第叁代核电核心部件。水室封头部件作为核电站核岛一回路的容器，是蒸汽发生器(SG)的关键部件，由于锻造技术手段无法实现成型锻造，只能先锻造出一个近似的长方柱体，全部由机械加工来完成，金属去除率达到70%左右，铣削加工作为水室封头加工过程中的主要加工方式，由于508III钢具有高强度、高硬度、高断面收缩率等特性，并且在超大瞬时进给量和轴向切深的共同影响下，处于极限悬伸状态下的主轴与刀具产生巨大振动，严重降低和影响生产效率与表面加工质量；铣削过程中主轴经常处于临界悬伸状态，在大轴向切深和极限瞬时切削厚度的共同影响下，铣削过程中产生严重的振动冲击与颤振，使得加工过程中刀具产生严重的破损，且严重影响了零件的加工质量与生产效率。为了提高实际加工的生产效率，同时提高零件的加工质量与刀具的使用寿命，因此有必要对水室封头铣削加工进行切削力分析及振动特性研究。首先，进行水室封头铣削机床的刀盘与主轴系统模态分析。先分析铣削加工振动产生特点，针对专用机床(TK6920型数控落地镗铣床)刀盘(Φ200R8圆弧刀片刀盘)与主轴系统进行叁维建模，进行有限元模态仿真分析；进而在生产现场进行模态试验，采集和处理数据并进行试验模态分析；通过对比试验数据与仿真模态分析结果，得到刀盘与主轴系统的模态参数，进而为研究铣削过程中振动特性奠定基础。其次，进行水室封头现场铣削加工振动特性研究。先通过分析加工过程中的振动产生的原因，并且针对变悬伸量状态下的已加工表面质量进行简分析，通过测得空转、空转结合空进给以及切削时振动信号并进行分析，最终得到切削过程中的交变切削力所引起的振动为系统振动的主要成分，并对变悬伸量试验振动信号进行分析，进一步获得悬伸改变量对振动的影响，并得到水室封头加工铣削振动为一种复杂的耦合振动。再次，进行水室封头加工切削力模型研究。结合前文进行的振动特性分析，针对水室封头铣削系统进行模型研究，通过分析铣削刀具偏心的跳动模型、铣削刀具与主轴系统的轻微变形模型和进给系统的刚度模型，从而得到加工过程中的实际切削半径，进而建立以瞬时切削厚度为传递函数的切削力模型，最后通过刀具破损的铣削振动数值仿真分析，最终获得极限偏心跳动下的极限切削力与名义切削力的关系。最后，进行铣削水室封头技术工艺优化及振动预防简单分析。结合刀具的破损和磨损情况，分析出水室封头铣削加工过程中铣削系统具有一定的稳定性，综合水室封头铣削振动特性与切削力分析，提出针对铣削系统和工艺参数的优化，同时重点提出水室封头铣削加工过程新型刀具的优化与设计的思路。为水室封头铣削加工过程中的解决极限切削力和振动影响的完整解决方案提供一定的理论基础和实践基础。
参考文献：
[1]. 专用机床主轴系统及传动系统数值仿真研究[D]. 吴晖. 兰州理工大学. 2003
[2]. 大型数控滚齿机加工误差及补偿研究[D]. 杨勇. 重庆大学. 2012
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