半球諧振子拋光機(jī)床結(jié)構(gòu)性能分析與靜動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化.pdf

1、半球諧振陀螺儀是21世紀(jì)廣泛應(yīng)用于各類先進(jìn)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的最理想導(dǎo)航儀,而半球諧振子是半球諧振陀螺儀中的核心敏感元件,其加工精度的高低直接影響著陀螺儀性能的優(yōu)劣。目前,由于國(guó)外對(duì)我國(guó)高精端技術(shù)的封鎖,國(guó)內(nèi)還沒(méi)有專門用于半球諧振子拋光的超精密機(jī)床。本文以自行研制的半球諧振子超精密拋光數(shù)控機(jī)床為研究對(duì)象,對(duì)直接影響其加工性能的靜、動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了深入地研究,研究結(jié)果對(duì)提高機(jī)床加工精度的保持性和可靠性有重要的意義。
　　本課題利用有限元分

2、析軟件,建立了機(jī)床整機(jī)的有限元模型,對(duì)其分別進(jìn)行了靜力分析和動(dòng)態(tài)特性分析。在整機(jī)靜力分析中,研究了機(jī)床各部分結(jié)構(gòu)的受力變形情況,分析發(fā)現(xiàn)床身龍門、三角支架連接件、刀具主軸夾持件、工件主軸夾持件等結(jié)構(gòu)部件的靜力變形較大,對(duì)機(jī)床的加工性能有一定的影響。在動(dòng)態(tài)特性分析中,以固有頻率作為衡量機(jī)床動(dòng)態(tài)性能優(yōu)劣的指標(biāo),通過(guò)對(duì)機(jī)床的固有頻率及振型的對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)床身龍門、三角支架連接件、刀具主軸夾持件、工件主軸夾持件等結(jié)構(gòu)部件的振動(dòng)變形對(duì)最終機(jī)床加工

3、精度影響很大。同時(shí),在機(jī)床動(dòng)態(tài)測(cè)試試驗(yàn)中,對(duì)機(jī)床的各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析,試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了有限元?jiǎng)恿W(xué)仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性,并結(jié)合機(jī)床靜、動(dòng)態(tài)特性仿真分析結(jié)果確定了床身龍門和三角支架連接件為機(jī)床結(jié)構(gòu)的主要薄弱環(huán)節(jié),刀具主軸夾持件和工件主軸夾持件為次要薄弱環(huán)節(jié)。另外,在機(jī)床動(dòng)態(tài)特性對(duì)加工性能影響的試驗(yàn)中,證明了機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性能夠保證現(xiàn)階段的加工精度要求,且機(jī)床較好的動(dòng)態(tài)性能也進(jìn)一步促進(jìn)了機(jī)床最終加工性能的穩(wěn)定。
　　基于以上研究,為

4、了更好地控制機(jī)床動(dòng)態(tài)特性的穩(wěn)定性,本文采用基于APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言的ANSYS軟件中的OPT優(yōu)化模塊對(duì)機(jī)床的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。優(yōu)化后的床身龍門、三角支架連接件、刀具主軸夾持件和工件主軸夾持件的一階固有頻率比優(yōu)化前分別提高了88.3％、78.2%、25.2%和79.8%,其剛度和動(dòng)態(tài)特性明顯得到了有效地改善。同時(shí),考慮機(jī)床的加工工藝要求,在機(jī)床原總體布局方案的基礎(chǔ)上,提出了與之不同的兩種總體布局方案,并與原方案進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)特性對(duì)比