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五轴联动数控加工中心结构动特性分析与优化

作　者: 王玉宝
导　师: 张大卫
学　校: 天津大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 五轴联动加工中心参数识别动态特性结构优化 LMS 有限元
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

结构动态特性是影响数控机床加工效率、精度等性能指标的重要因素,有关数控机床结构动态特性建模、优化和试验技术一直是机床动力学领域的研究热点问题,具有重要学术价值和工程意义。本文针对某型号五轴联动加工中心存在的结构动态特性问题,较深入地开展了机床关键部件滑动结合面动力学参数识别、整机和关键部件有限元建模与仿真、以及结构试验模态分析和结构薄弱环节修改等方面的研究工作。具体工作如下:1)基于立式加工中心工作台,构建了滑动导轨结合面动力学参数实验平台,并通过大量实验,给出了滑动导轨结合面等效参数随润滑、正压力、镶条预紧力等参数变化的基本规律;2)建立了五轴联动加工中心整机和关键部件结构的有限元仿真模型,给出了相应的结构模态振型与参数,以及机床AB双摆头和立柱的基本变形规律;3)借助于LMS Test Lab模态分析系统,进行了机床结构试验模态分析和抗振性切削实验、以及机床立柱进给运动特性分析,提出了机床结构动态特性薄弱环节;4)针对上述机床结构动态特性薄弱环节,提出了相应的结构改进方案,并借助于有限元仿真,验证了结构改进方案的有效性。本文工作是国家科技重大专项“用于钛合金航空结构件加工的五轴联动加工中心”课题的一部分,所提出的机床改进措施已被企业所采用,为提高该机床的结构动态特性奠定了理论与实验基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-13
  1.1 课题研究背景与意义  7-8
  1.2 五轴联动机床国内外发展现状  8-9
  1.3 结合面国内外研究现状  9-11
    1.3.1 结合面重要性与复杂性  9
    1.3.2 国外研究现状  9-10
    1.3.3 国内研究现状  10-11
  1.4 主要研究内容  11-13
第二章滑动结合面建模与参数识别  13-27
  2.1 引言  13
  2.2 滑动结合面动力学建模与研究方法  13-17
    2.2.1 结合面刚度与阻尼产生机理  13
    2.2.2 结合面等效动力学模型  13-14
    2.2.3 结合面参数识别方法  14-17
  2.3 实验仪器配置与实验方法  17-18
  2.4 工作台模态分析  18-21
    2.4.1 基于有限元的模态分析  18-19
    2.4.2 基于试验的模态分析  19-21
    2.4.3 计算结果与试验结果对比  21
  2.5 导轨结合面参数识别  21-26
  2.6 本章小结  26-27
第三章机床模态试验与关键部件响应分析  27-42
  3.1 引言  27
  3.2 机床整机模态试验  27-31
    3.2.1 实验对象与实验目的  27-28
    3.2.2 实验仪器配置与实验方法  28-29
    3.2.3 整机模态试验结果  29-31
  3.3 关键部位模态分析  31-34
  3.4 Y 向进给运动动态响应分析  34-40
    3.4.1 实验方法  34
    3.4.2 AB 摆头动态响应分析  34-36
    3.4.3 立柱动态响应分析  36-39
    3.4.4 下滑座动态响应分析  39-40
  3.5 导轨软带受压变形实验  40
  3.6 实验结论  40-41
  3.7 本章小结  41-42
第四章机床有限元建模与结构优化  42-57
  4.1 引言  42
  4.2 整机模态分析  42-44
  4.3 机床偏心对滑座与立柱变形的影响  44-46
  4.4 螺栓强度校核  46-48
  4.5 机床结构优化  48-55
    4.5.1 滑座静力学分析与结构改进  48-51
    4.5.2 立柱静力学分析与结构改进  51-55
  4.6 刚度验证  55-56
  4.7 结论  56
  4.8 本章小结  56-57
第五章结论与展望  57-59
  5.1 主要工作及结论  57-58
  5.2 有待进一步研究的问题  58-59
参考文献  59-62
发表论文和参加科研情况说明  62-63
致谢  63

五轴联动数控加工中心结构动特性分析与优化

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