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机械设计与制造 2013年第3期 143-145页

作者：谢黎明徐萌莉靳岚兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

直驱摆头动力刀架系统是动梁无滑枕立式铣车复合加工中心的关键技术之一,该系统采用先进的直驱技术代替了传统的传动方式,直驱技术虽然有效的增高了机械的效率,但功率损耗和电气损耗也随之提高。针对动力刀架系统,通过"机械机构、控制... 详细信息

直驱摆头动力刀架系统是动梁无滑枕立式铣车复合加工中心的关键技术之一,该系统采用先进的直驱技术代替了传统的传动方式,直驱技术虽然有效的增高了机械的效率,但功率损耗和电气损耗也随之提高。针对动力刀架系统,通过"机械机构、控制系统、切削过程"三方面的耦合计算,提出了一种采用功能转换原理进行机电耦合系统分析的方法,得出直驱摆头动力刀架系统的最佳机电耦合系数。有效地增强系统的稳定性,提高摆头刀架的加工精度,并在一定程度上优化了系统。

关键词：机电耦合动力刀架直驱摆头力矩电机

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基于直驱摆头动力刀架的机电耦合分析研究

基于直驱摆头动力刀架的机电耦合分析研究

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作者：徐萌利兰州理工大学

学位级别：硕士

本课题来源于国家重大专项——动梁无滑枕立式铣车复合加工中心(专项号：201OZX04001-032)。该专项是“高档数控机床与基础制造装备”中的一个国家重大科技项目,代表着未来先进制造技术的一个发展方向。直驱摆头动力刀架系统作为整台加... 详细信息

本课题来源于国家重大专项——动梁无滑枕立式铣车复合加工中心(专项号：201OZX04001-032)。该专项是“高档数控机床与基础制造装备”中的一个国家重大科技项目,代表着未来先进制造技术的一个发展方向。直驱摆头动力刀架系统作为整台加工中心的主要加工部分,其性能的好坏直接决定了系统的加工精度,是整个加工中心的关键技术之一。直驱摆头动力刀架系统采用先进的直驱技术,将力矩电机和摆头刀架系统直接耦合在一起,驱动摆头运动,实现了“零驱动”。先进制造技术的前进和发展,就是解决旧问题和产生新问题的螺旋式循环过程。应用直驱技术,可使机床结构更加紧凑、机构更加简单、动态响应更加迅速、精度有所提高。然而,由于采用了“零驱动”技术,系统的机械部件和电机耦合得更加紧密,力学参数和电参数也直接耦联在一起,无法单一地对某个机构参数进行调整补偿,加深了分析系统参数特性的难度。机床的性能指标是通过分析整个系统的机构,进而分析动、静态过程中各个机构的参数特性来确定的。机构的复杂程度直接影响系统的结构参数,也极大程度地影响着直驱摆头动力刀架这个机电多体系统的功能特性,甚至影响系统的加工精度。在系统的工作过程中,这种复杂的耦合结构参数在不匹配的情况下,会降低系统的可靠性,甚至可能使整个系统出现故障。机电系统通常工作在非线性的工作过程中,当系统受到负载的扰动时,系统表现出来的力学参数和电参数之间复杂的机电耦合参数特性,将影响整个机床的性能。我国在多体耦合系统的机电耦合研究上,虽然取得了一定的成果,但是仍然缺乏深层次的研究。本课题以直驱摆头动力刀架系统为研究对象,对机电耦合系统进行深入的分析研究。通过分析直驱摆头动力刀架各个子系统,充分了解力矩电机、电主轴、刀架的内部结构、工作原理以及其耦合关系,正确认识并通过不同的方法,定量分析计算了直驱摆头动力刀架耦合系统的耦合系数。从机电多体系统的角度出发,首先对本课题的研究对象进行了机电耦合的结构分析,然后分析了耦合系统的参数之间的关系,直观地描述了系统部件之间的复杂程度,并用仿真的方法证明了机电耦合系统各动态特性之间关系的正确性,最后通过对机电耦合系数的逆运算,得到电学参数和力学参数的最佳耦合范围,在这个范围之内,使得直驱摆头动力刀架系统的机械系统和电系统耦合达到了匹配状态。通过分析可以发现,在有效的机电耦合参数范围内,大大缩小了系统稳定性的范围,更好地优化系统的动态特性和整台加工中心,提高系统的加工精度和机床的性能指标。采用机电耦合的方法,定量分析并优化系统的功能特性,在装备制造业的先进制造技术领域具有一定的创新性意义。

关键词：机电耦合直驱摆头动力刀架动态特性

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车铣复合加工中心B轴动力刀架的研究与设计

车铣复合加工中心B轴动力刀架的研究与设计

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作者：王艳芳成都理工大学

学位级别：硕士

在航空航天、船舶动力、医疗器械等领域,多斜孔、复杂空间曲面的加工需求日益剧增。车铣复合加工技术在高精密机械加工领域占有举足轻重的地位,其所配置的B轴动力刀架可以有效地解决产品精度要求高、曲面加工复杂等问题。因此,在数控车... 详细信息

在航空航天、船舶动力、医疗器械等领域,多斜孔、复杂空间曲面的加工需求日益剧增。车铣复合加工技术在高精密机械加工领域占有举足轻重的地位,其所配置的B轴动力刀架可以有效地解决产品精度要求高、曲面加工复杂等问题。因此,在数控车铣复合加工技术国产化的道路中对B轴动力刀架的研究意义重大。本文从车铣复合加工中心坐标变换的基本原理出发,在研究动力刀架位姿变化的基础上,研究并设计一种新型的B轴动力刀架,主要研究内容如下:1、研究B轴动力刀架运动轨迹的插补方法及机床坐标变换,结合D-H法建立其运动学数学模型,并进一步分析B轴动力刀架在工作过程中的实际受力情况,建立动力学模型,为动力刀架的设计提供理论基础。2、设计一种新型B轴动力刀架结构,实现车刀盘和铣削摆臂的一体化设计,且能安装刀具数量达到12把及以上,B轴在360°范围内回转,能在一次装夹中完成多种工艺的加工。刀架的主要技术指标达到并部分超过国内同类产品。3、利用MATALB软件对动力刀架给定工作下的运动轨迹进行仿真分析,从云图确定动力刀架的合理运动范围,联合ADAMS仿真分析软件完成运动学仿真分析,得到在加工时刀具的运动云图,验证动力刀架在加工过程中的位姿姿态和平稳性。进一步采用ANSYS workbench仿真分析软件对B轴进行仿真及优化分析,对分析后出现的薄弱环节进行加固处理,以提高机床的动态特性。4、为提高动力刀架的动态特性,需要分析直驱摆头力矩电机特性参数,利用MATLAB中Simulink仿真分析模块对力矩电机的起动过程建立仿真模型,结果验证交流力矩电机的相关参数符合刀架的设计要求。为分析不稳定负载和变化阻尼对系统的机电耦合振动特性的影响,进一步对动力刀架进行机电耦合振动特性研究,根据所建立的数学模型,完成动力刀架系统的机电耦合建模,仿真结果得出在0.1秒之内振动比较大,且负载的不稳定和阻尼的变化都会导致力矩电机的不稳定输出。为后续B轴动力刀架的研究奠定了基础。

关键词：动力刀架运动学、动力学分析参数优化直驱摆头机电耦合分析

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