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动力伺服刀架是数控车床及车铣复合加工中心的关键功能部件之一,其性能直接影响数控机床的切削性能和效率,体现了数控机床设计和制造技术的水平。而刀盘的结构参数和转位系统的传动准确性对刀架的性能有很大的影响,因此对其进行研究具有重要的意义。论文首先查阅了国内外动力伺服刀架及其转位系统研究的文献,综述了课题研究内容的国内外研究情况。课题以沈阳机床集团生产的某型号动力伺服刀架为研究对象,首先以刀架所配置的刀盘在满足功能和强度的前提下,以质量最小作为优化目标函数,进行结构参数的优化。利用MATLAB优化工具箱提供的fmincon函数,完成对刀盘关键参数的优化;之后利用有限元分析软件对优化前后的刀盘分别进行静态特性、模态和谐响应分析,结果表明优化之后的刀盘具有良好的静态和动态性能。对于端齿盘的研究,分别建立无误差齿盘模型和考虑研磨精度下单个齿距误差的齿盘模型,并对其进行接触应力的有限元分析,结果说明了精密磨削和多次对研工序的重要性,对端齿盘的加工有一定指导意义。对于转位系统的动力学分析,首先采用三维建模软件Pro/E实现了转位系统的各个齿轮的参数化建模,并对装配体模型进行全局干涉检查,验证模型的准确性;之后采用多刚体动力学分析软件ADAMS建立刀架转位系统的虚拟样机模型,分别采用三种不同的电机驱动方式对转位系统进行仿真,得到了各种驱动方式下的角加速度、角速度和大齿轮转角变化曲线,结果表明仿真结果和理论计算结果非常接近,在刀架定位精度的范围以内,证明所建立的转位系统虚拟样机具有较高的准确性,同时采用S型曲线可以减小转位系统传动的振动和摩擦,是比较好的驱动方式。

关键词：动力刀架刀盘参数优化参数化建模转位系统动力学仿真

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双主轴倒立车铣复合柔性制造单元的研制

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制造技术与机床 2018年第4期 33-36,40页

作者：周保牛周岳叶穗王秋红张永灿常州机电职业技术学院江苏常州213164 南京新浙数控机床股份有限公司江苏南京211511

针对传统立式车床、立式镗铣床等主轴顺立机床孔加工排屑困难以及轴套类工件经常需要车、铣等多机床多工序加工,工序时间短、劳作强度大等实际情况,研究设计了车铣双主轴倒立结构、内藏大功率电主轴系统、动力刀架三联端齿盘定位、滚珠... 详细信息

针对传统立式车床、立式镗铣床等主轴顺立机床孔加工排屑困难以及轴套类工件经常需要车、铣等多机床多工序加工,工序时间短、劳作强度大等实际情况,研究设计了车铣双主轴倒立结构、内藏大功率电主轴系统、动力刀架三联端齿盘定位、滚珠丝杠固定支撑牵拉机构、工件自动装卸及储运系统、岩类非金属材料整体灌注阶梯形床身底座等关键技术,新研制了一类以车为主、车铣复合加工的双主轴倒立车铣复合柔性制造单元,并取得了一些宝贵的研制经验。

关键词：主轴倒立车铣复合动力刀架工件储运丝杠支撑

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铣车复合加工中心颤振问题研究

铣车复合加工中心颤振问题研究

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作者：苏彩虹兰州理工大学

学位级别：硕士

装备制造业是国家工业发展中不可或缺的战略性产业,而机床是一个国家装备制造业发展水平的象征。现代机床正朝着高速度、高精度、高柔性的方向发展,各种类型的高速加工中心是近些年来重要的发展方向。颤振则直接影响着零件的精度。本文... 详细信息

装备制造业是国家工业发展中不可或缺的战略性产业,而机床是一个国家装备制造业发展水平的象征。现代机床正朝着高速度、高精度、高柔性的方向发展,各种类型的高速加工中心是近些年来重要的发展方向。颤振则直接影响着零件的精度。本文以铣车复合加工中心直驱摆头动力刀架和直驱转台为研究对象,分别对动力刀架和直驱转台进行模态和谐响应分析,以得到其六阶固有模态并对比两者在激振作用下各个方向的振幅;建立铣削动力学方程并对传统动力学方程模型进行优化,使其更加准确。根据铣削动力学方程得到颤振稳定性叶瓣图并运用Deform-3D软件对仿真结果正确性进行验证,同时分析铣刀齿数、径向切削深度、进给量对机床颤稳定性的影响规律。本文的研究为切削参数的合理选择,减小颤振提供理论依据。本文所研究的内容主要包括以下几个部分:(1)对动力刀架和直驱转台进行模态分析谐响应分析,得到动力刀架前两阶固有频率符合主轴转速为35～12000r/min时的频率范围,得到在切削时此频率对应的主轴转速数值;得到直驱转台的理论最大振幅为0.0324mm,动力刀架的理论最大振幅为2.66mm,动力刀架对于加工精度的影响更加严重;(2)根据动力刀架的工作原理选定圆角铣削为切削方式并建立考虑再生作用的圆角铣削动力学模型,通过铣削过程中刀具相对于工件坐标位置的变化,推导出切入、切出角的计算公式,有效解决动态切削力的方向力系数的时变性问题。得到铣削加工稳定性叶瓣图及轴向最小极限切削深度,数值为4.8mm;(3)根据得到的颤振稳定性叶瓣图,分别选取稳定区域和非稳定区域的切削条件,运用Deform-3D软件进行三维实体仿真,得到X、Y、Z三个方向切削力变化曲线。对比切削力曲线的变化情况及刀尖棱线处位移,发现切削力变化符合颤振预测。提取稳定条件下主切削力数据,求取其平均值并和切削力经验公式得到的数值对比,以验证Deform-3D仿真结果的正确性;(4)探讨铣刀齿数、径向切削深度及进给量等因素对颤振系统稳定性的影响,通过MATLAB仿真,得到在不同的铣刀齿数、径向切削深度及进给量影响下的稳定性叶瓣图。利用Deform-3D有限元软件以不同的切削用量作为变量分别进行了三维实体切削仿真并得到在不同切削用量下各向切削力曲线,为探究铣刀齿数、径向切削深度及进给量等因素对切削力的影响提供依据。

关键词：动力刀架再生型颤振稳定性叶瓣图三维实体仿真

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铣车复合加工中心关键部件静动态特性分析

铣车复合加工中心关键部件静动态特性分析

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作者：陈钦兰州理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：直驱转台动力刀架静动态分析颤振分析

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