計及工藝系統(tǒng)的機床動力學設計方法研究.pdf

1、機床作為制造系統(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，機床的加工精度是機床產(chǎn)品研發(fā)的出發(fā)點與目標。在切削載荷與驅動和執(zhí)行機構的非平衡慣性載荷等激勵作用下，機床將產(chǎn)生振動，并可能嚴重地破壞加工精度、降低加工效率。因此，實現(xiàn)機床加工精度的關鍵在于，通過動力學設計保證機床結構的動力學品質（抗振性），將刀具與工件的相對振動控制在加工精度所允許的范圍內(nèi)。目前，由于缺少有效的動力學設計方法，動力學理論在機床設計中的作

2、用多限于動力學分析，及基于動力學分析的有限優(yōu)化，未能盡其功效。為了應對機床精密化的發(fā)展需求，及由此對機床結構設計提出的挑戰(zhàn)，本文提出并研究計及工藝系統(tǒng)的機床結構動力學設計方法。論文主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　1、基于機床-工具-工件工藝系統(tǒng)動力學模型，描述動態(tài)切削載荷與驅動和執(zhí)行機構的非平衡慣性載荷等激勵下的動態(tài)切削加工過程，揭示系統(tǒng)在受迫振動狀態(tài)下機床-工具-工件交互作用，使機床在各種動態(tài)力的作用下，將刀尖點相對位移映射為機床

3、動力學性能指標。
　　2、在機床結構中引入分布密度（可變密度），對結構離散化，建立與密度分布相關的機床結構動力學模型；基于動力學模型，以機床動力學性能為約束，以輕量化和基頻最大化為目標，優(yōu)化機床結構質量分布，考慮到約束和機床的裝配關系及機床的工藝性，得到機床結構原型設計。
　　3、在機床結構原型的基礎上，建立插齒機主要部件的有限元參數(shù)化分析模型，通過對質量、固有頻率結構動態(tài)性能的靈敏度分析，提取影響該插齒機結構動態(tài)性能的關鍵

4、尺寸參數(shù)，作為整機結構優(yōu)化的設計變量。
　　4、通過對YKW51250型插齒機實驗測試結果及其與結構有限元分析的對比，驗證該類插齒機結構有限元模型和建模規(guī)程的合理性。
　　5、以動態(tài)性能分析提取出的關鍵尺寸變量參數(shù)作為插齒機結構優(yōu)化變量,建立參數(shù)化有限元分析模型；依據(jù)尺寸變量和試驗結果，采用響應面法建立插齒機關鍵部件固有頻率及質量的近似模型；以結構輕量化和固有頻率最大化為目標，以主機結構關鍵變量尺寸上、下限為約束，建立插齒機