数控镗铣床动态特性研究

论文摘要

镗铣床铣削曲面之后,加工表面上出现表面波纹度。对此现象进行分析,刀具铣削工件的过程中,切削振动是影响到加工工件表面质量的重要因素之一。切削过程与机床振动系统两者相互影响并通过相互方位关系相联结。机床振动系统主要与机床结构有关,因此对机床结构进行研究,找出其结构固有特性,可指导机床结构的动态改进设计,减小机床的切削振颤,从而提高机床的生产效率。切削力是切削过程中一个重要参数,是研究“机床——刀具”系统、建立铣削加工仿真模型和动力学分析的基础。论文考虑到球头铣刀本身复杂的刀具形状特点,在对国内外球头铣刀铣削力仿真研究的基础上,建立了铣削力仿真模型,详细阐述了铣削力模型系数的求解过程,利用MATLAB编制计算求解软件,实现了铣削力系数的求解功能,并对球头铣刀加工过程典型工况进行铣削力仿真。本文运用有限元软件ANSYS建立了TX6916大型落地式镗铣床整机有限元模型,对机床固定结合面的形式、等效动力学建模等进行了讨论,用理论计算法来识别结合面等效动力学参数。主轴和方滑枕系统是机床铣削过程中最重要的组成部分。对主轴及轴承组件进行有限元建模并对其进行了模态分析；建立方滑枕有限元模型,研究其无阻尼自由振动,获得固有频率和相应振型。采用锤击法对镗铣床进行动态响应试验,通过对试验测试数据和有限元计算结果对比分析,验证了有限元模型的合理性,并对误差原因进行了讨论；结合动态试验分析结果,对机床结构提出了优化改进建议。利用前期仿真的铣削力对镗铣床动力学模型进行了瞬态动力学分析,求出振动位移与切削时间之间的变化关系、各部件瞬时变形情况,研究了刀具安装方式、主轴伸长量对球头铣刀振动的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 目前数控机床的发展趋势
• 1.1.2 国内数控机床的发展现状
• 1.2 切削振动的研究现状
• 1.3 机床动态特性研究概述
• 1.4 课题的选题背景及研究意义
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 球头铣刀铣削过程分析
• 2.1 引言
• 2.1.1 国内球头铣刀铣削力的研究现状
• 2.1.2 国外球头铣刀铣削力的研究现状
• 2.2 球头铣刀铣削过程的几何仿真
• 2.2.1 刀具坐标系定义
• 2.2.2 切削微元受力分析
• 2.2.3 瞬时切削合力
• 2.2.4 每转平均切削力
• 2.3 铣削力模型系数的求解
• 2.4 求解铣削力系数
• 2.5 铣削力仿真
• 2.6 本章小结
• 第3章 镗铣床有限元建模及主要零部件模态分析
• 3.1 概述
• 3.1.1 ANSYS软件简介
• 3.1.2 有限元法的基本概念
• 3.1.3 模态分析概述
• 3.2 镗铣床固定结合面建模
• 3.2.1 结合面的等效动力学模型
• 3.2.2 结合面等效动力学参数识别
• 3.3 TX6916镗铣床有限元建模
• 3.3.1 构建镗铣床有限元模型
• 3.3.2 结合面单元类型的选择
• 3.4 主要零部件模态分析
• 3.4.1 主轴模态分析
• 3.4.2 方滑枕模态分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 镗铣床模态特性试验
• 4.1 试验简介
• 4.1.1 试验目的
• 4.1.2 试验思路
• 4.1.3 试验方案与条件
• 4.2 试验数据处理
• 4.3 试验结果及分析
• 4.3.1 主轴试验结果及分析
• 4.3.2 方滑枕试验结果及分析
• 4.4 机床结构优化建议
• 4.5 本章小结
• 第5章 镗铣床瞬态动力学分析
• 5.1 引言
• 5.2 瞬态动力学分析
• 5.2.1 瞬态动力学分析概述
• 5.2.2 瞬态动力学分析过程
• 5.3 刀尖位移影响分析
• 5.4 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果