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“十一五”期间,我国的电力工业、船舶制造业、航空航天工业、交通业、国防军工、工程机械、冶金设备将有飞跃发展,这使得对高档机床、重型机床的需求不断增加,并且需要大量高效、精密、智能、多坐标联动和专用数控机床。重载摆角铣头是高档重型数控机床的重要功能部件,是决定高档重型数控机床性能高低的重要因素,其特点是大功率、大扭矩,主要用来加工精度要求高,尺寸规模大,形状复杂的特殊零件,目前高档重载摆角铣头主要依赖进口,且价格昂贵,重载摆角铣头已成为制约国产高档重型数控机床发展的瓶颈之一,所以深入开展摆角铣头的理论与试验研究,进一步提高数控机床的加工精度,实现摆角铣头国产化具有重要意义。
本论文主要以重载摆角铣头的摆动系统为研究对象,分别对铣头摆动系统中的传动副和支撑系统进行了研究,根据变形协调与传动构件之间的变形叠加原理,考虑传动件变形、支撑系统变形及相互影响关系,建立了摆角铣头传动系统(齿轮、轴、轴承)受载和变形的数值计算方法,对各部分的扭转变形和刚度进行分析,通过Matlab计算,找出影响摆角铣头加工精度的薄弱部位和环节,并在设计方面提出了修正与改进建议,具体包括以下主要内容。
(1)论述了本课题研究的目的和意义,介绍了国内外对数控机床及其零部件刚度研究的发展状况。
(2)应用Pro/E软件建立了重载摆角铣头的实体模型,并通过有限元软件生成了有限元模型,并对其进行了静刚度分析。
(3)分析并计算了摆角铣头摆动系统齿轮、轴承和轴的受载、变形和静刚度,并根据变形叠加原理,最终得出刀尖点的扭转变形及摆动系统的静刚度。
(4)对结果进行分析,讨论了传动系统中的某个传动部件对整个系统影响的权重,以及改变机构相关参数对摆动系统刚度的影响,最后对该铣头的设计方面提出了指导性的建议。
(5)对摆角铣头进行了刚度试验。通过在铣头上面选取关键变形位置放置百分表,对刀尖点位置进行加载,记录不同载荷下的变形,然后对数据进行处理并与理论计算进行对比,以验证理论分析计算的合理性。