滚动导轨结合面动态刚度的试验研究

直线滚动导轨是现代数控机床常用的功能部件,其结合面动态特性参数对数控机床的整机性能有非常重要的影响.在自主开发的滚动导轨结合面动态特性参数测试系统上,对各种类型的滚动导轨进行了参数识别实验,得到了滚动结合面的动态刚度,并分析了滚动体预压等级及类型,载荷,滑块长度等各种因素对动刚度的影响规律,为机床数字化设计制造提供了依据.试验结果表明:改变滚动体的类型及预压等级,增加滑块长度,提高载荷等措施都可以改善滚动结合面的动刚度.     

滚珠丝杠螺母副动态特性参数辨识与试验研究

为了研究滚珠丝杠螺母副的动态特性,提出了滚珠丝杠螺母副结合面的单自由度动力学模型,搭建了动态特性参数辨识的测试系统,分析了不同轴向载荷和工作台位置对动刚度和阻尼的影响。试验结果表明:随着轴向载荷的增大,丝杠螺母副的轴向动刚度也增大,轴向阻尼先减小后增大;在工作台从丝杠的一端移动到另一端的过程中,轴向动刚度呈现先增后减的变化趋势,轴向阻尼则呈现先减小后增大再减小再增大的变化趋势。数据分析还表明轴向载荷对动刚度和阻尼的影响明显强于工作台位置对其的影响。     

基于面积的结合面切向动刚度特性研究

在大量试验的基础上,通过研究不同面积结合面的切向动刚度特性,表明了在相同的平均接触压力下,结合面的面积不同,其单位面积切向动刚度是不同的,并指出了运用"吉村允孝法"计算结合面切向动刚度存在的不足;同时研究了载荷对结合面切向动刚度的影响,得到了切向动刚度与载荷的解析关系,为解决不同面积结合面动态特性参数的计算奠定基础.     

滑动导轨结合面动刚度的试验研究

基于等效单自由度模型自主研发了滑动结合面动态特性参数识别试验台,对不同类型的滑动结合面进行参数识别试验,得到了结合面的动刚度,并分析了滑动速度、面压、介质等因素对刚度的影响规律。分析结果表明:滑动速度的增大会降低结合面的动刚度;适当增大面压可提高结合面的动刚度,且能降低速度增大对动刚度的影响;添加润滑油能使结合面的动刚度提高20%左右;贴塑导轨比普通金属导轨能更好地维持结合面动刚度的稳定性,其动刚度随速度的变化在25%左右。     

润滑状态下导轨结合面法向动态接触刚度实验研究

建立了圆柱微凸体的接触模型,该模型在微观层面上以圆柱形微凸体的接触代替两平面的接触,更加符合磨削加工的实际表面。在动态信号测试系统中,测试了直线滑动导轨结合面的动态特性参数,准确获得了法向接触动态刚度,并分析了载荷、速度、有无润滑对动态刚度的影响规律。实验结果表明：增加润滑油膜、降低滑动速度、增大载荷都可以增大导轨结合面的法向动态接触刚度。     

双驱滚动支撑直线进给系统动态精度分析

机床运行过程中,其精度可靠性至关重要,这与运动结合部及其承受的载荷有着很大的关系。考虑到工作台的柔性化和进给系统运动结合面的刚度阻尼,建立了双驱动滚动支承直线进给系统动态仿真模型,发现结合面的特性比单部件的柔性化对系统动态误差影响更大。分析了在不同载荷下由于系统振动变形所产生的直线度误差范围和定位精度范围,发现系统受到载荷的频率大小对动态精度变化影响呈现非线性关系。     

铣削工况下考虑结合面的主轴系统动态特性

机床主轴系统动态特性直接影响铣削稳定和表面加工质量，而铣削状态下主轴系统动态特性与静止或空转状态下存在差异。针对此问题，建立了铣削工况下主轴系统和结合面动力学耦合模型，获得铣削工况下主轴系统动态特性，并通过铣削过程中机床主轴系统动态特性实验测试进行验证，将静止状态与铣削工况进行对比，预测结果误差平均降低了11.35%。实验结果表明，径向铣削载荷和转速削弱了结合面的刚度特征和系统动态特性，而轴向铣削载荷增强了结合面的刚度特征和系统动态特性，影响最为明显的是主轴转速，其次为径向铣削载荷，然后为轴向铣削载荷。研究结果为铣削状态下主轴系统动态特性和铣削稳定性预测提供了理论支持。     

交叉滚子导轨与螺栓结合面动态特性实验研究

对交叉滚子导轨和螺栓联接两种具有代表性的运动结合面及固定结合面做了动态特性测试实验,辨识出其动态特性参数,并定量研究不同结合条件下对结合面的接触刚度K和接触阻尼C的影响,提出了改善结合面接触刚度和接触阻尼的途径.     

数控机床滚动导轨结合面参数的特性分析

机床导轨结合面是影响机床特性的关键因素，在机床整机的建模分析中是必须要考虑的部分。根据滚动导轨结合面的模态试验结果和有限元分析结果，对导轨结合面的参数进行优化识别，得到导轨结合面的动刚度和阻尼，为机床整机建模分析提供了重要的依据。     

含侧隙齿轮副的动载荷分析

以振动理论为基础，提出一种考虑齿轮拍击振动的齿轮动载荷的数值计算方法。建立计算动载荷的齿轮冲击模型，在模型中考虑了齿轮正、反冲击时实际的啮合刚度，并给出啮合柔度的计算方法。分析在考虑静态传递误差、啮合刚度、侧隙、摩擦力及外部扭矩变化等多种激励时，作用在轮齿上的动态载荷以及整个齿轮上的综合动态载荷的计算公式。最后通过实例分析作用在轮齿上的动态载荷、综合动态载荷变化规律以及相关激励参数对动态载荷的影响。     

五坐标数控龙门加工中心动态优化设计

在大型高架桥式、高速、高精度五坐标龙门加工中心的动态设计中,通过动态测试的方法获得导轨结合面的特性参数并将其应用到数字仿真模型中,提高了模型的精度;在加工中心的结构优化设计过程中,提出了灵敏度分析法和基于动刚度的结构优化法,对主要部件的内部筋板结构进行了与传统方法不同的设计,提高了加工中心的动静态特性;针对加工中心在工作过程中不可避免的共振问题,巧妙利用机床的附属设备设计了抑制振动的调谐阻尼器。     

铸造式和焊接式主轴箱体的动态特性对比分析

利用有限元法和试验模态法对立式加工中心的铸造式和焊接式两种结构的主轴箱体进行了模态分析,分别获得了其前六阶固有频率和振型。通过对比两种方法获得的结果,验证了有限元分析模型的有效性。研究表明,两种主轴箱体的阻尼比接近,但焊接式主轴箱体的各阶固有频率均要高于铸造式主轴箱体的各阶固有频率。并且铸造式主轴箱体的固有频率更接近于机床主轴的常用工作频率,焊接式主轴箱体的则远离此频率。因此对于常用主轴转速而言,焊接式主轴箱体的动态性能要优于铸造式主轴箱体的动态性能。     

基于灵敏度分析的龙门横梁多目标优化研究

为减轻横梁质量并提高其静动态特性,首先对横梁进行受力分析,通过灵敏度分析找出各设计变量对横梁质量和最大变形量的影响程度,然后综合考虑横梁的质量和最大变形量,利用响应面法构造回归方程,并对回归方程进行准确性验证,用优化工具箱对横梁进行多目标优化求解,得到最优的尺寸参数.将优化前后的参数进行对比分析.结果表明,优化后的横梁不但质量减轻,而且静动态特性都有所提高.     

复杂机械结构结合面动力学建模及其参数识别方法的研究

提出复杂机械结构结合面动力学建模和参数识别的方法。首先，在提出理想结合面和结合面元概念的基础上，阐述了新的建立结合面动力学模型的方法，减少了复杂形状结合面动态参数的数目；其次，通过对有限元模型的降阶修改，建立复杂结构低阶动力学模型，避免了在参数识别过程中反复进行有限元计算。以上方法在ＪＣＳ－０１８加工中心立柱模型的结合面参数识别中得到了应用。     

加工中心托盘自动交换装置液压系统的可靠性分析

针对现有可靠性预测技术不能很好地反映不同工况下的加工过程对系统可靠性的影响、忽略可靠度和失效率随使用时间变化的规律等问题,将灰色系统理论引入到GO法可靠性分析中,建立起一种考虑加工中心各功能部件在不同工况下的动态可靠性预测模型。以加工中心托盘自动交换装置液压系统为例,首先归纳总结了该装置液压系统的基本结构模型,建立此液压系统可靠性的GO图模型。在此基础上把灰色系统理论中的GM(1,1)模型引入到GO法可靠性分析中,完成了对液压系统可靠度的灰色动态预测。最后通过与传统的静态GO法和FTA计算结果的比较,验证了该模型在液压系统可靠性分析中的可用性与准确性,为预防和控制托盘自动交换装置液压系统故障的发生、改进系统可靠性与安全性、制定安全控制措施提供理论依据。     

基于多层次细节模型的动态切削力仿真

为了缓解雕刻曲面数控加工过程物理仿真的仿真速度与仿真精度的矛盾,减少仿真的计算量和缩短仿真时间,介绍了雕刻曲面数控加工过程仿真的多层次细节模型和基于该模型的动态切削力的仿真方法。基于雕刻曲面的多层次细节模型的动态切削力的仿真,可以根据工件毛坯不同的几何形状、仿真要求、工艺参数等在曲面上不同的区域和不同的细节层次上进行,为校验和优化数控加工程序提供依据。     

补加工技术在CAXA中的研究与应用

曲面交线、曲面凹陷处及等高线加工中平坦面的补加工是曲面加工的难点.对CAXA制造工程师的4种补加工方法进行了理论分析,探讨了其刀具轨迹生成算法,并给出了区域式补加工和等高线精加工中平坦部补加工的应用实例.     

基于组态的高速数控车削加工中心性能监控软件的设计与实现

针对高速数控车削加工中心结构、性能及其运行状态复杂的特点在加工过程中必须要对加工性能进行实时监控以确保设备和人员的安全,保证产品品质和提高加工效率。在分析高速数控车削加工中心性能指标的基础上,对其性能监控的要求以及各性能指标与所用传感器输出参数的对应关系进行分析,研究了机床动态性能指标包括固有频率、振型和动刚度的测试方法,采用组态软件开发了高速数控车削加工中心性能监控软件。该系统具有良好的可扩充性、可修改性、可移植性和可维护性,操作简便、开发和研制费用相对较低,为同类机床性能测试及监控的研究提供了新的思路,具有一定的实用价值和推广前景。     

基于能量分布的机床整机动态特性优化方法

基于机床结构中的能量分布,在准确建立立式加工中心整机有限元模型的基础上提出一种整机动态性能优化方法。采用弹簧阻尼系统等效结合部的接触特性,基于辨识的结合部等效刚度和阻尼值在Ansys中建立了立式加工中心整机有限元模型,对整机进行模态分析和谐响应分析。通过整机模态试验验证了该有限元模型的准确性,并根据有限元分析与试验结果确定整机的薄弱模态。计算薄弱模态下整机、结合部的弹性能以及结合部在整机中的弹性能分布率,以分布率较高的结合部作为薄弱结合部。基于薄弱结合部的等效接触刚度提出优化方案,优化后薄弱结合部的弹性能分布率明显降低,主轴轴端的动态响应幅值降低,从而使整机动态性能得到改善,验证了该优化方法的可行性。     

数控机床整机动力学性能可视化分析与仿真

将数控机床整机的动态性能分析与可视化设计方法相结合,以沈阳机床集团的某数控加工中心为例,提出了整机动力学可视化设计流程,包括设计目标、设计内容以及设计方法;最后对该加工中心进行整机动态性能可视化仿真,得出强度、固有特性以及谐响应情况,为该机床结构性能的优化提供依据.