高速機床若干關(guān)鍵技術(shù)問題研究.pdf

1、高速高精度機床是當今的主要發(fā)展趨勢之一。伴隨著制造業(yè)對數(shù)控加工高速高精度方面的要求，人們對高速高精度機床的研究也不斷深入。高速高精度機床不僅要有高的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度，而且還需要具有高的主軸和進給系統(tǒng)運動加速度。對于高速高精度機床，主軸系統(tǒng)性能的優(yōu)劣將直接影響機床的最終性能，直接影響機床所加工零件的質(zhì)量。因此，對機床主軸系統(tǒng)的性能進行研究，建立機床主軸系統(tǒng)動力學模型，在產(chǎn)品的設計階段對其性能進行評價，對于提高機床產(chǎn)品的設計質(zhì)量非常重要。

2、 CHH6125高速車削中心的研制與開發(fā)是沈陽第一機床廠承擔的國家863和十五攻關(guān)“精密制造與數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)研究和應用開發(fā)”項目中的“高速、高精密數(shù)控車床”課題。在項目產(chǎn)品開發(fā)設計中，對機床進給系統(tǒng)高加速度移動性能、床身系統(tǒng)動態(tài)特性、高速主軸的動平衡精度、高轉(zhuǎn)速大功率內(nèi)裝電主軸的溫度平衡等關(guān)鍵技術(shù)問題以及C軸插補阻尼力進行了理論計算、有限元分析和系統(tǒng)動態(tài)仿真，保證了設計的成功。 本文是在總結(jié)上述項目研究成果，并進一步深入研

3、究的基礎(chǔ)上而完成的。論文主要針對高速機床主軸系統(tǒng)的動態(tài)性能進行了研究，分別采用理論建模和有限元分析的方法對機床主軸系統(tǒng)的動力學和熱力學性能進行了分析和研究，并進一步對機床進行試驗研究的基礎(chǔ)上，對理論建模和有限元分析的模型進行了必要的驗證。論文進行的主要內(nèi)容如下： (1)在大量查閱國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上，綜述和分析了高速切削加工的概念、產(chǎn)生、發(fā)展趨勢以及高速機床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢；研究了國外高速機床的技術(shù)發(fā)展與應用，以及我國高速機床的發(fā)

4、展現(xiàn)狀和趨勢；影響高速機床發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題，以及發(fā)展我國高速機床急需解決的一些問題。 (2)雖然不同的高速機床應該采用不同的機械結(jié)構(gòu)，但在高速機床結(jié)構(gòu)設計上面存在一些共性的關(guān)鍵技術(shù)問題。本論文對高速機床結(jié)構(gòu)設計關(guān)鍵技術(shù)問題進行了分析和說明，并對高速機床的結(jié)構(gòu)合理性進行了研究。 (3)本文研究了適用于主軸系統(tǒng)的動力學特性分析的各種建模方法及其優(yōu)缺點；并主要進行了基于傳遞矩陣方法的主軸系統(tǒng)動力學特性研究，以及適應高速機床的

5、主軸系統(tǒng)動力學建模方法，采用仿真方法和試驗方法對建模方法的準確性進行了研究，并對模型進行了必要的修正。 (4)在進行主軸系統(tǒng)動力學分析的過程中，主軸軸承剛度特性對主軸系統(tǒng)的動力學性能有非常重要的影響。本文確定了CHH6125高速車削中心主軸的軸承的剛度，建立了CHH6125高速車削中心主軸系統(tǒng)三維有限元模型，并使用大型有限元軟件ANSYS進行分析計算，獲得了主軸系統(tǒng)的模態(tài)和諧響應特性。 (5)高速機床主軸系統(tǒng)的熱力學性能

6、對機床性能有非常重要的影響。本文研究了電主軸的傳熱學特性，分析確定了主軸系統(tǒng)的各種熱力學參數(shù)，并采用有限元方法建立了主軸系統(tǒng)的熱力學模型，對高速機床電主軸系統(tǒng)進行了熱分析。 (6)為驗證分析研究結(jié)果，本文還進行了機床性能測試。結(jié)果表明得到的分析研究結(jié)果是正確的。 通過本文工作，不僅為CHH6125高速車削中心的成功設計開發(fā)提供了主要理論依據(jù)和支持，還為今后的數(shù)控機床設計分析方法的推廣應用提供了重要參考和經(jīng)驗，推動了現(xiàn)代設