車銑加工中心動態(tài)特性及其加工機理的仿真與實驗研究.pdf

1、隨著科學技術的快速發(fā)展，高檔數控機床正向高速度、高精度、高效率、復合化方向發(fā)展，具有諸多優(yōu)點的車銑加工中心是現代數控機床發(fā)展方向之一。車銑復合功能的數控機床是近年來適應產品的復雜化和生產的高效率要求而發(fā)展很快的機種，可實現復雜零部件一次裝夾，完成全部加工工序，可以大幅度提高生產效率和加工精度。該加工中心可同時采用多種工藝加工方法及復雜曲面加工，這是航空、航天等軍工產品所需要的；但研究開發(fā)一臺車銑加工中心需要多種方案的反復比較及試驗，也需

2、要大量的技術投資和較長的開發(fā)周期。隨著信息技術的快速發(fā)展，計算機建模與仿真成為21世紀制造業(yè)發(fā)展的重要技術，為車銑加工中心的設計、制造和加工等方面提供了重要手段。如何利用現有技術有效地分析其動態(tài)特性、加工性能等關鍵技術，成為車銑加工中心亟待解決的問題。本文通過采用計算機建模與仿真技術對車銑加工中心的若干關鍵技術進行理論建模、仿真和實驗綜合分析，為其結構優(yōu)化、控制系統(tǒng)設計和加工可行性提供重要參考依據。主要研究內容如下：
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3、）論述課題研究的背景以及車銑加工中心國內外發(fā)展的現狀，分析車銑加工中心的特點及亟待研制的必要性；綜述計算機建模與仿真技術在國內外發(fā)展狀況及在高檔數控機床上的應用與研究，論證將計算機建模與仿真方法引入到車銑加工中心進行研究的必要性和前沿性。
　　 (2)采用虛擬樣機與有限元集成方法對車銑加工中心進行協同建模，形成具有剛柔耦合的虛擬樣機模型；基于此模型對車銑加工中心進行運動學和動力學仿真分析，解決電機參數選擇和機構設計等問題。該集成

4、仿真方法不公接近實際情況，而且為加工中心的電機選擇和結構設計以及控制系統(tǒng)的設計提供參考依據。
　　 (3)首先采用彈簧-阻尼單元模擬軸承支撐的方法對車銑加工中心關鍵部件進行模態(tài)分析，獲得軸承剛度對固有頻率的影響規(guī)律以及在頻響應分析中軸承剛度和阻尼對振幅的影響規(guī)律；然后采用虛擬樣機與有限元集成方法建立車銑加工中心的振動模型，形成了具有剛柔耦合的振動系統(tǒng)，通過對此模型進行激振仿真并獲得整機的固有頻率和位移響應，為該機床的結構設計提供

5、參考依據；最后采用實驗模態(tài)測試方法，驗證激振仿真結果的可靠性。
　　 (4)針對正交車銑復雜運動所產生的變切深、變厚度的切屑問題，有效建立無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角的變化規(guī)律。通過三維切屑幾何形狀與實驗形狀進行對比分析，所建立的正交車銑三維切屑模型是正確的。
　　 (5)采用針對車銑切削力的數學建模方法，分別對無偏心切削力和有偏心切削力進行仿真，并

6、獲得切削力隨銑刀轉角的變化規(guī)律。基于車銑加工顫振機理建立其三維顫振理論模型，獲得傳遞函數和車銑加工穩(wěn)定域葉瓣仿真結果圖。通過實驗驗證可知，傳遞函數和顫振穩(wěn)定域的仿真是有效的，可以為加工表面質量和加工效率提供指導。
　　 (6)采用車銑加工軌跡構造函數的方法，建立其表面形貌的數學模型，然后通過對表面形貌和表面粗糙度進行計算機仿真，獲得出不同的加工工藝參數對表面形貌的影響規(guī)律。最后采用車銑加工表面形貌的實驗方法，驗證建模與仿真方法的