数控车床综合热误差建模及工程应用

针对车床实际工程应用中主轴与进给轴综合误差对工件加工精度产生影响问题,建立包含工件膨胀效应的主轴与进给轴综合热误差模型,并进行实际切削验证.以精密车床为研究对象,综合分析车床主轴、进给轴和工件在实际加工中的相互影响关系,并建立三者之间的综合热误差多元线性回归模型(MLRA).实验结果表明:含有工件膨胀效应系数的综合热误差模型符合实际工况,有效提高了车床的加工精度.主轴热误差模型的预测精度达85%以上,进给轴预测精度达70%以上,实际加工中工件误差由15μm降低到5μm左右.综合热误差模型显著提高了高精密数控车床的加工精度.     

面向广义动态加工空间的机床切削稳定性研究

为了研究加工过程中变化的刀尖频响函数导致机床切削参数选择的不确定性,以主轴转速与运动部件位置为研究对象,提出基于广义动态空间的机床切削稳定性研究方法。该方法结合切削颤振理论与切削试验,推导工况下刀尖频响函数计算公式,通过引入正交试验法规划切削试验方案,确定主轴转速与运动部件位置对切削稳定性的影响程度以及最优参数组合,同时计算刀尖频响函数研究机床处于不同转速及位置的颤振稳定域图预测。将该方法运用于某型立式加工中心,识别主轴转速与主轴箱Z向进给位置显著影响切削稳定性,并确定刀具最优姿态,通过计算刀尖频响函数绘制颤振稳定域图,结合切削试验验证了该方法的有效性,为实际加工合理选择切削参数提供技术支持。     

基于切削稳定理论的铣削材料去除率

针对铣削加工,为保证切削效率,建立主轴转速、轴向切深和径向切深的三维稳定性极限图,以工件材料最大去除率为优化目标,合理选择切削参数,从而在保证切削加工质量的前提下,更快、更好地完成铣削加工.仿真结果表明:由于不同铣削系统的动态特性不同,稳定条件下最大材料去除率随径向切削深度的增大的变化趋势差异明显,因此,需要对不同系统进行具体分析,才能找到切削参数的最佳匹配.     

机械专业93级校友向我校捐赠高速电主轴

我校机械专业93级校友向机械与材料工程学院捐赠了高速电主轴.电主轴是高速加工机床的核心部件,机床加工时,电主轴装夹着刀具(或工件)旋转进行切削.以前机床的主轴跟电机是分开的,电机通过带、齿轮或联轴器等驱动主轴运转;随着电气传动技术(变频调速技术、电机矢量控制技术等)的完善,高速数控机床简化了主轴传动的机械结构,取消了带、齿轮等传动,将电机装在主轴内部,组成了电主轴.     

拉伸装夹铣削对铝合金表层残余应力的影响

以铝合金为研究对象,提出将拉紧装夹应用到铣削加工中,以便对加工后工件表层的应力状态进行控制,改善零件的疲劳性能。通过试验,得出了拉伸应力、工件厚度及铣削用量等因素对表面残余应力的影响趋势。研究表明,拉伸装夹条件下铣削可以一次性实现对工件表面残余应力的控制,从而获得理想的残余压应力,对改善零件的疲劳性能极其有益。在文章的实验条件下,获得的工件表面残余应力均为压应力,最大达-250M Pa。     

铣床整机动态性能的薄弱环节辨识与设计优化（英文）

基于机床结构模态柔度和弹性能分布理论,提出一种以降低切削点交叉动柔度值为目标的动态优化方法.该方法通过分析切削点交叉动柔度与模态柔度的关系,利用模态柔度和弹性能分布判定机床的薄弱模态和薄弱环节.根据机床各阶模态对静柔度的比值寻找对机床动态性能影响显著的薄弱模态,分析薄弱模态上各部件和环节的能量分布,确定薄弱模态上的薄弱环节.在一定的约束条件下,通过改进薄弱环节的设计参数实现设计优化.以某型铣床为研究对象,在整机建模和动态特性分析计算的基础上,阐述了动态性能优化方法的具体应用.通过模态柔度和能量分布计算,确定该铣床的薄弱环节是刀杆及其夹紧系统和床身——水平主轴体结合部,针对薄弱环节设计参数的调整和结构改进实现其质量和刚度的优化,优化后的静柔度和模态柔度均有明显的降低,模态柔度对静柔度的分配情况有所改善,而固有频率则相应提高,切削点动柔度的最大值降低52%.铣床结构改进后整机动态性能得到有效改善,提高了切削稳定性和加工精度.优化方法适合工程应用.     

高速卧式加工中心主体结构试验模态分析

对高速卧式加工中心主体结构进行试验模态测试,得到了主体结构的各阶固有频率、阻尼比、刚度等模态参数以及模态振型.通过分析其动态特性,确定了机床结构的薄弱环节是主轴前端轴承处及近丝杠立柱,给出了结构改进措施;并且,通过分析主轴前端动刚度,确定了影响机床加工稳定性的目标模态,为进一步提高机床加工效率提供了可靠的改进依据.分析结果表明:试验模态分析技术是提高机床抗振性能和加工稳定性的有效方法.     

高速铣削45淬硬钢时表面粗糙度的试验研究

使用TiAIN涂层的整体超微粒碳化钨球形立铣刀,在固定主轴转速20000 r/min和工件倾角10°～60°的切削条件下,对硬度为43HRC的45淬硬钢进行了高速铣削试验,研究了工件倾角对已加工表面粗糙度的影响.研究结果表明:工件倾角的大小对已加工表面粗糙度有明显的影响,在倾角为10°～30°时,表面粗糙度随着工件倾角的增大而降低;此后,随着倾角的进一步增加,表面粗糙度有所升高.进一步地,分析了倾角对切削速度的影响,认为切削速度的巨大改变是造成粗糙度变化的主要原因.     

脉冲切削力激励的铣削系统工作模态辨识方法

铣削系统模态参数决定了机床的在役可靠性和加工质量.加工过程中铣削系统随主轴转速和接触条件的改变而发生重构,其模态参数相较经典实验模态法获取的静态下的结果发生显著改变.脉冲切削力在关心频带内能产生具有平坦频谱的激励信号,可利用工作模态分析方法的多参考点最小二乘复指数法仅由该激励下的振动响应辨识切削系统模态参数,实现了加工过程中对切削系统工作模态参数的动态辨识.将此方法应用于铣削加工中心切削系统工作模态参数辨识并设计了切削实验.实验结果表明,所述方法估计的工作模态参数相较锤击试验法更接近系统真实动力学行为,使铣削系统的实时监测、主动维护、稳定性动态预测成为可能.     

机床主轴—轴承系统动态特性实验研究

主轴－轴承动态特性是机床主轴部件优化设计的重要指标。本文对轴承结构型式及其周边零件对车床主轴频率响应的作用进行了实验研究，实验的测试结果表明－主轴系统的阻尼特性大程度上受轴承结构型式及带轮安装方式的影响。尤其在一阶振型时间双列圆柱滚子轴承的结构型式优于圆锥了轴承，但是在二，三阶振型时则劣于后者。主轴的阻尼能力借助于后端带卸荷安装方式而得到改善。     

动态激励下多参数对不落轮轮对车削稳定性的影响

为了解决不落轮轮对车床加工过程中车削系统工艺参数的变化直接影响车轮踏面加工的稳定性问题,首先,建立了以动态车削力作为激励下的车削系统动力学模型,分析模型来确定影响不落轮轮对踏面车削稳定性的因子,并求出递推求解算法和实例仿真进行验证模型的正确性。最后,通过实例仿真确定车削振动工艺参数刚度系数、主轴转速、刀具几何参数等对车削颤振系统稳定性的影响规律。分析结果表明：通过调节这些参数可以有效地控制车削加工中的稳定性,从而有效地提高加工效率和精度。     

Vibrations in High Speed Milling of Thin-walled Components

Thin-walled structures have been widely used in the aerospace industry.The dynamic interaction between the milling cutter and thin-walled workpiece can easily lead to vibration.This paper investigates the vibration caused during milling the thin-walled workpiece on the NC machining center,presents a theoretical milling vibration model of thin-walled beam.The model was verified by using milling experiments and numerical simulations.Some valuable conclusions are derived,this will be references to scientific research and guides to the vibration-free milling of thin-walled structures at different cutting speeds.     

Vibrations in High Speed Milling of Thin-walled Components

Thin-walled structures have been widely used in the aerospace industry. The dynamic interaction between the milling cutter and thin-walled workpiece can easily lead to vibration. This paper investigates the vibration caused during milling the thin-walled workpiece on the NC machining center, presents a theoretical milling vibration model of thin-walled beam. The model was verified by using milling experiments and numerical simulations. Some valuable conclusions are derived, this will be references to scientific research and guides to the vibration-free milling of thin-walled structures at different cutting speeds.     

薄壁零件的切削颤振研究进展

刀具与工件之间的颤振,一直是学术界和工程界的研究热点。薄壁结构零件由于自身结构特点,在加工过程中极易发生变形和切削颤振,这对提高加工质量和加工效率十分不利。回顾切削颤振的机理研究历史,尤其是铣削加工稳定性的机理、动力学模型以及薄壁结构零件铣削颤振的研究情况,并综合介绍国内外在颤振预报与控制方面的研究进展,为最终实现减小或消除加工颤振的研究目的提供有益的参考。     

薄壁零件高速铣削振动影响因素研究

铣削振动埘薄壁零件的加工过程有很人的影响.进行了薄壁件动态特性分析工艺试验,在不同走刀顺序、小同切削参数下进行了振动位移动态信号分析,对试验结果进行了讨论;研究了几种切削参数对薄壁零件加工颤振的影响,通过对比,得到了系列有益的结论:为了保证薄壁零件加工过程的平稳和加工质量,应采用火径向切深、小轴向切深的切削方式、选择合适的每齿进给量和切削速度等,为进一步研究薄壁件切削加工动态特性、进行切削参数优选奠定了基础.     

主轴部件的振源,参数识别及动态优化的研究

本文介绍了单轴纵切自动车床主轴部件动态特性方面的实验研究结果。通过空运转试验查明了机床受迫振动的振源。采用截面状态矢量法及模态分析方法,分别识别出了主轴部件的支承参数及模态参数。最后,实现了主轴部件的多参数动态优化。     

Molecular dynamics simulation of single crystal Nickel nanometric machining

Molecular dynamics simulation is carried out to study the nanometric machining of single crystal Nickel (Ni). Through an investigation of atomic displacement and the variation of cutting force, it is found that the latter is in accordance with the number variation of elastic displaced atoms in the workpiece. It is further found that the generation of complex stacking faults is the predominant cause of cutting force fluctuation, and the stacking faults with complex structures lead to work-hardening. The temperature of the cutting tool and workpiece is studied during the machining process. It is concluded that the selection of averaging steps has a significant influence on the system temperature distribution. Thus, the time-spatial averaging method, which has a high accuracy and consistency in temperature distribution, is proposed.     

数控火焰切割系统Z轴高度补偿功能的实现

采用工业计算机和运动控制卡等硬件构建开放式数控火焰切割系统,以Visual Basic 6.0为开发工具,开发了提高异形工件火焰切割过程平稳性的系统控制软件. 采用激光位移传感器对被加工件进行非接触式扫描,获取工件在加工路径上的高度信息,并以此为依据进行切割轨迹的规划和高度补偿. 试运行结果表明,当工件表面高度发生变化时,由伺服系统进行三轴直线插补或三轴螺旋插补,能够在切割过程中使割炬与工件表面之间的距离始终保持一致,位置精度±0.02 mm,重复定位精度±0.05 mm. 整个系统保证了良好的切割质量,达到了切割过程平稳高效的目的.     

数控车床主轴单元动特性分析

在对某型数控车床进行切削动态试验的基础上，建立了机床主轴组件的有限元动力学模型，并对主轴单元的动特性进行了计算和分析，提出了改进意见。文中有限元计算结果与试验数据的误差小于5％。