论文部分内容阅读
多轴联动龙门式加工中心具有加工跨度大、加工效率高、刚度高等特点,广泛应用于航空航天工业、船舶制造工业、电力工业和模具工业,是进行大型金属构件和复杂三维空间曲面的高速、高效和高精度切削加工的重要工具。加工中心的动态特性是影响加工质量的重要因素,因此开展此项研究具有重要的理论意义和应用价值。
本课题依托国家科技支撑计划项目(No:2007BAF21B01),以国产新型多轴联动龙门式加工中心VX32-60为研究对象,在加工中心的模态实验、建模方法、动态特性、优化设计及公差设计等方面进行了系统研究。
首先,对多轴联动龙门式加工中心VX32-60进行了模态实验测试。通过模态实验得到了加工中心前四阶固有频率、振型和阻尼,找出了加工中心的薄弱环节,为理论分析提供了参考。
其次,对加工中心进行了建模、模态分析及模型修正。采用Pro/Engineer建立了加工中心的CAD模型,利用SAMCEF Mecano建立其有限元模型。在此基础上,采用机床结合面分析系统,确定了结合面的参数,对加工中心进行了模态分析,求出了其固有频率、振型和阻尼。并通过实验结果与理论分析对比,对理论模型进行了修正,得到合理有效的模型。
再次,进行了加工中心的静态特性分析。对加工中心刀具点施加固定载荷,计算其在静态载荷的作用下引起的静位移、静刚度和应力。通过对刀具点施加简谐载荷对其进行谐响应分析,求得其三个方向的谐响应曲线。
然后,建立了加工中心动力学模型并进行了动力学仿真,同时对其进行了结构优化设计。利用SAMCEF for Machine Tools建立了加工中心的动力学模型,分别对滑枕和横梁快速移动的两种运动形式进行动力学仿真。分析并总结了材料参数、截面参数对加工中心动态特性的影响规律。在此基础上,对筋板结构形式进行了改进和优化设计。结果表明,改进后整机的动态特性和固有频率有了较大的提高。
最后,对加工中心主要部件进行了公差设计。将新一代GPS公差理论应用到多轴联动龙门式加工中心装配中,建立了三维公差尺寸链,基于小位移旋量(SDT)方法对加工中心移动横梁、滑架体、滑枕的三维公差装配进行了分析。
以上研究工作可为进一步改进和提高多轴联动龙门式加工中心VX32-60的动态性能提供依据和参考。