铣车复合加工中心关键部件静动态特性分析

【摘要】社会在进步,科技在发展,作为制造业基础的数控机床随之飞速的发展。作为代表的铣车复合加工中心,以其高精度、高效率和相对较低的价格迅速占领市场,成为数控机床的排头兵。高精度、高效率的机床需要配置高精度、快响应的功能部件。作为铣车复合加工中心的关键功能部件,直驱摆头和动力刀架不仅输出扭矩大、承载能力高、可靠性好,而且具有快速的动态响应和高的精度。两种功能部件均采用直接驱动技术,省去了中间的传动环节,实现了零传动,不仅占有空间小,而且反映速度快,动态响应好。两种功能部件的静动态特性是否满足加工精度要求,以及两者之中哪个对加工精度影响更大值得我们研究和探讨。本课题以铣车复合加工中心的功能部件直驱转台和动力刀架为研究对象,通过对两者分别进行静动态分析,比较两者对于加工精度的影响大小,对影响大的动力刀架进行了铣削加工动力学的颤振分析,得到了加工稳定性叶瓣图,并分析了铣刀齿数、切削力系数、固有频率对于加工稳定性的影响,对实际生产中铣削加工具有一定的指导意义。本文的主要内容如下：(1)介绍了直驱转台的基本结构,车削和铣削的工作原理；研究了直驱转台的关键部件静压导轨,对其油膜刚度进行了计算,为了在有限元分析中施加弹簧约束作铺垫；计算了双列圆柱滚子轴承的刚度,为了在有限元分析中进行弹性替换准备条件。建立了直驱转台的三维模型,对其进行了静动态分析,得到了在铣削力作用下转台的静力变形,前六阶固有频率及其振型以及在激振力作用下的幅频特性曲线。从幅频特性曲线上可以看出当频率为416Hz时,振幅最大达到0.0324mm,需要避免该频率对应转速。(2)介绍了动力刀架的工作机理,计算了支撑电主轴的角接触球轴承的刚度和预紧力；建立了动力刀架的三维模型,通过有限元软件对其进行了静动态分析,得到了直驱转台的静力变形、前六阶固有频率及振型以及在激振力作用下的幅频特性曲线。从幅频特性曲线上可以看出在频率为480Hz和440Hz时,X、Y方向的振幅分别达到2.66mm和1.55mm,需要避免两种频率对应转速。(3)通过对比动力刀架和直驱转台的静变形和共振振幅大小,得出动力刀架对工件精度的影响更大,考虑到刀架摆头轴线距离刀尖距离很大,且铣削振动会进一步影响加工精度,对其进行了加工动力学分析,得到了铣削的稳定性叶瓣图。从叶瓣图中可看出主轴转速和轴向切深对加工稳定性的影响,为实际加工确定切削参数提供参考。此外,本文还分析了铣刀齿数、固有频率以及切削力系数对加工稳定性的影响,结果表明齿数越多,切削力系数越大,固有频率越高,越容易发生颤振。
【作者】陈钦；
【导师】谢黎明；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】直驱转台；动力刀架；静动态分析；颤振分析；

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