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数控镗铣床动态特性研究

作　者: 吕建法
导　师: 闫兵
学　校: 西南交通大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 球头铣刀有限元主轴方滑枕模态分析瞬态动力学分析
分类号: TG548
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 262次
引　用: 4次
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内容摘要

镗铣床铣削曲面之后,加工表面上出现表面波纹度。对此现象进行分析,刀具铣削工件的过程中,切削振动是影响到加工工件表面质量的重要因素之一。切削过程与机床振动系统两者相互影响并通过相互方位关系相联结。机床振动系统主要与机床结构有关,因此对机床结构进行研究,找出其结构固有特性,可指导机床结构的动态改进设计,减小机床的切削振颤,从而提高机床的生产效率。切削力是切削过程中一个重要参数,是研究“机床——刀具”系统、建立铣削加工仿真模型和动力学分析的基础。论文考虑到球头铣刀本身复杂的刀具形状特点,在对国内外球头铣刀铣削力仿真研究的基础上,建立了铣削力仿真模型,详细阐述了铣削力模型系数的求解过程,利用MATLAB编制计算求解软件,实现了铣削力系数的求解功能,并对球头铣刀加工过程典型工况进行铣削力仿真。本文运用有限元软件ANSYS建立了TX6916大型落地式镗铣床整机有限元模型,对机床固定结合面的形式、等效动力学建模等进行了讨论,用理论计算法来识别结合面等效动力学参数。主轴和方滑枕系统是机床铣削过程中最重要的组成部分。对主轴及轴承组件进行有限元建模并对其进行了模态分析；建立方滑枕有限元模型,研究其无阻尼自由振动,获得固有频率和相应振型。采用锤击法对镗铣床进行动态响应试验,通过对试验测试数据和有限元计算结果对比分析,验证了有限元模型的合理性,并对误差原因进行了讨论；结合动态试验分析结果,对机床结构提出了优化改进建议。利用前期仿真的铣削力对镗铣床动力学模型进行了瞬态动力学分析,求出振动位移与切削时间之间的变化关系、各部件瞬时变形情况,研究了刀具安装方式、主轴伸长量对球头铣刀振动的影响。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题的研究背景  10-12
    1.1.1 目前数控机床的发展趋势  10-12
    1.1.2 国内数控机床的发展现状  12
  1.2 切削振动的研究现状  12-13
  1.3 机床动态特性研究概述  13-16
  1.4 课题的选题背景及研究意义  16-17
  1.5 主要研究内容  17-18
第2章球头铣刀铣削过程分析  18-35
  2.1 引言  18-19
    2.1.1 国内球头铣刀铣削力的研究现状  18-19
    2.1.2 国外球头铣刀铣削力的研究现状  19
  2.2 球头铣刀铣削过程的几何仿真  19-26
    2.2.1 刀具坐标系定义  20-21
    2.2.2 切削微元受力分析  21-24
    2.2.3 瞬时切削合力  24-25
    2.2.4 每转平均切削力  25-26
  2.3 铣削力模型系数的求解  26-29
  2.4 求解铣削力系数  29-33
  2.5 铣削力仿真  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第3章镗铣床有限元建模及主要零部件模态分析  35-55
  3.1 概述  35-38
    3.1.1 ANSYS软件简介  35
    3.1.2 有限元法的基本概念  35-36
    3.1.3 模态分析概述  36-38
  3.2 镗铣床固定结合面建模  38-41
    3.2.1 结合面的等效动力学模型  38-40
    3.2.2 结合面等效动力学参数识别  40-41
  3.3 TX6916镗铣床有限元建模  41-44
    3.3.1 构建镗铣床有限元模型  41-43
    3.3.2 结合面单元类型的选择  43-44
  3.4 主要零部件模态分析  44-53
    3.4.1 主轴模态分析  44-51
    3.4.2 方滑枕模态分析  51-53
  3.5 本章小结  53-55
第4章镗铣床模态特性试验  55-66
  4.1 试验简介  55-57
    4.1.1 试验目的  55
    4.1.2 试验思路  55
    4.1.3 试验方案与条件  55-57
  4.2 试验数据处理  57-59
  4.3 试验结果及分析  59-65
    4.3.1 主轴试验结果及分析  59-62
    4.3.2 方滑枕试验结果及分析  62-65
  4.4 机床结构优化建议  65
  4.5 本章小结  65-66
第5章镗铣床瞬态动力学分析  66-74
  5.1 引言  66-67
  5.2 瞬态动力学分析  67-70
    5.2.1 瞬态动力学分析概述  67-68
    5.2.2 瞬态动力学分析过程  68-70
  5.3 刀尖位移影响分析  70-72
  5.4 本章小结  72-74
总结与展望  74-76
致谢  76-77
参考文献  77-81
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  81-82

数控镗铣床动态特性研究

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