計(jì)及工藝系統(tǒng)的機(jī)床動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、機(jī)床作為制造系統(tǒng)的基本單元，其功能是按照規(guī)定的生產(chǎn)節(jié)拍，加工符合精度要求的零件。因此，機(jī)床的加工精度是機(jī)床產(chǎn)品研發(fā)的出發(fā)點(diǎn)與目標(biāo)。在切削載荷與驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的非平衡慣性載荷等激勵(lì)作用下，機(jī)床將產(chǎn)生振動(dòng)，并可能嚴(yán)重地破壞加工精度、降低加工效率。因此，實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工精度的關(guān)鍵在于，通過動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)保證機(jī)床結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)品質(zhì)（抗振性），將刀具與工件的相對(duì)振動(dòng)控制在加工精度所允許的范圍內(nèi)。目前，由于缺少有效的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方法，動(dòng)力學(xué)理論在機(jī)床設(shè)計(jì)中的作

2、用多限于動(dòng)力學(xué)分析，及基于動(dòng)力學(xué)分析的有限優(yōu)化，未能盡其功效。為了應(yīng)對(duì)機(jī)床精密化的發(fā)展需求，及由此對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出的挑戰(zhàn)，本文提出并研究計(jì)及工藝系統(tǒng)的機(jī)床結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方法。論文主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　1、基于機(jī)床-工具-工件工藝系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，描述動(dòng)態(tài)切削載荷與驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的非平衡慣性載荷等激勵(lì)下的動(dòng)態(tài)切削加工過程，揭示系統(tǒng)在受迫振動(dòng)狀態(tài)下機(jī)床-工具-工件交互作用，使機(jī)床在各種動(dòng)態(tài)力的作用下，將刀尖點(diǎn)相對(duì)位移映射為機(jī)床

3、動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)。
　　2、在機(jī)床結(jié)構(gòu)中引入分布密度（可變密度），對(duì)結(jié)構(gòu)離散化，建立與密度分布相關(guān)的機(jī)床結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型；基于動(dòng)力學(xué)模型，以機(jī)床動(dòng)力學(xué)性能為約束，以輕量化和基頻最大化為目標(biāo)，優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布，考慮到約束和機(jī)床的裝配關(guān)系及機(jī)床的工藝性，得到機(jī)床結(jié)構(gòu)原型設(shè)計(jì)。
　　3、在機(jī)床結(jié)構(gòu)原型的基礎(chǔ)上，建立插齒機(jī)主要部件的有限元參數(shù)化分析模型，通過對(duì)質(zhì)量、固有頻率結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能的靈敏度分析，提取影響該插齒機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵

4、尺寸參數(shù)，作為整機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量。
　　4、通過對(duì)YKW51250型插齒機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果及其與結(jié)構(gòu)有限元分析的對(duì)比，驗(yàn)證該類插齒機(jī)結(jié)構(gòu)有限元模型和建模規(guī)程的合理性。
　　5、以動(dòng)態(tài)性能分析提取出的關(guān)鍵尺寸變量參數(shù)作為插齒機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化變量,建立參數(shù)化有限元分析模型；依據(jù)尺寸變量和試驗(yàn)結(jié)果，采用響應(yīng)面法建立插齒機(jī)關(guān)鍵部件固有頻率及質(zhì)量的近似模型；以結(jié)構(gòu)輕量化和固有頻率最大化為目標(biāo)，以主機(jī)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵變量尺寸上、下限為約束，建立插齒機(jī)