車(chē)銑加工中心動(dòng)態(tài)特性及其加工機(jī)理的仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，高檔數(shù)控機(jī)床正向高速度、高精度、高效率、復(fù)合化方向發(fā)展，具有諸多優(yōu)點(diǎn)的車(chē)銑加工中心是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床發(fā)展方向之一。車(chē)銑復(fù)合功能的數(shù)控機(jī)床是近年來(lái)適應(yīng)產(chǎn)品的復(fù)雜化和生產(chǎn)的高效率要求而發(fā)展很快的機(jī)種，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零部件一次裝夾，完成全部加工工序，可以大幅度提高生產(chǎn)效率和加工精度。該加工中心可同時(shí)采用多種工藝加工方法及復(fù)雜曲面加工，這是航空、航天等軍工產(chǎn)品所需要的；但研究開(kāi)發(fā)一臺(tái)車(chē)銑加工中心需要多種方案的反復(fù)比較及試驗(yàn)，也需

2、要大量的技術(shù)投資和較長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)周期。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)建模與仿真成為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)，為車(chē)銑加工中心的設(shè)計(jì)、制造和加工等方面提供了重要手段。如何利用現(xiàn)有技術(shù)有效地分析其動(dòng)態(tài)特性、加工性能等關(guān)鍵技術(shù)，成為車(chē)銑加工中心亟待解決的問(wèn)題。本文通過(guò)采用計(jì)算機(jī)建模與仿真技術(shù)對(duì)車(chē)銑加工中心的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行理論建模、仿真和實(shí)驗(yàn)綜合分析，為其結(jié)構(gòu)優(yōu)化、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和加工可行性提供重要參考依據(jù)。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 (1

3、）論述課題研究的背景以及車(chē)銑加工中心國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀，分析車(chē)銑加工中心的特點(diǎn)及亟待研制的必要性；綜述計(jì)算機(jī)建模與仿真技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及在高檔數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用與研究，論證將計(jì)算機(jī)建模與仿真方法引入到車(chē)銑加工中心進(jìn)行研究的必要性和前沿性。
　　 (2)采用虛擬樣機(jī)與有限元集成方法對(duì)車(chē)銑加工中心進(jìn)行協(xié)同建模，形成具有剛?cè)狁詈系奶摂M樣機(jī)模型；基于此模型對(duì)車(chē)銑加工中心進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析，解決電機(jī)參數(shù)選擇和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等問(wèn)題。該集成

4、仿真方法不公接近實(shí)際情況，而且為加工中心的電機(jī)選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。
　　 (3)首先采用彈簧-阻尼單元模擬軸承支撐的方法對(duì)車(chē)銑加工中心關(guān)鍵部件進(jìn)行模態(tài)分析，獲得軸承剛度對(duì)固有頻率的影響規(guī)律以及在頻響應(yīng)分析中軸承剛度和阻尼對(duì)振幅的影響規(guī)律；然后采用虛擬樣機(jī)與有限元集成方法建立車(chē)銑加工中心的振動(dòng)模型，形成了具有剛?cè)狁詈系恼駝?dòng)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)此模型進(jìn)行激振仿真并獲得整機(jī)的固有頻率和位移響應(yīng)，為該機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供

5、參考依據(jù)；最后采用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試方法，驗(yàn)證激振仿真結(jié)果的可靠性。
　　 (4)針對(duì)正交車(chē)銑復(fù)雜運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的變切深、變厚度的切屑問(wèn)題，有效建立無(wú)偏心切屑和有偏心切屑的理論模型，分別仿真出圓周刃的切削厚度和深度、端面刃的切削厚度和深度隨銑刀轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。通過(guò)三維切屑幾何形狀與實(shí)驗(yàn)形狀進(jìn)行對(duì)比分析，所建立的正交車(chē)銑三維切屑模型是正確的。
　　 (5)采用針對(duì)車(chē)銑切削力的數(shù)學(xué)建模方法，分別對(duì)無(wú)偏心切削力和有偏心切削力進(jìn)行仿真，并

6、獲得切削力隨銑刀轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律?；谲?chē)銑加工顫振機(jī)理建立其三維顫振理論模型，獲得傳遞函數(shù)和車(chē)銑加工穩(wěn)定域葉瓣仿真結(jié)果圖。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可知，傳遞函數(shù)和顫振穩(wěn)定域的仿真是有效的，可以為加工表面質(zhì)量和加工效率提供指導(dǎo)。
　　 (6)采用車(chē)銑加工軌跡構(gòu)造函數(shù)的方法，建立其表面形貌的數(shù)學(xué)模型，然后通過(guò)對(duì)表面形貌和表面粗糙度進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，獲得出不同的加工工藝參數(shù)對(duì)表面形貌的影響規(guī)律。最后采用車(chē)銑加工表面形貌的實(shí)驗(yàn)方法，驗(yàn)證建模與仿真方法的