切削负载下磁悬浮电主轴系统的振动响应分析

针对切削载荷下机床加工主轴的振动响应直接影响数控机床的加工精度问题,以FGAMB公司生产的磁悬浮内螺纹铜管加工主轴为研究对象,通过建立该磁悬浮加工主轴的动力学模型结合切削载荷下主轴的振动响应模型,基于ANSYS Workbench软件对磁轴承-转子系统进行了模态分析,从而计算出前6阶的固有频率和主振型,进而通过谐响应分析,确定了加工过程中主轴系统所受激振力的危险频率范围和幅频特性,得出主轴系统发生共振时可能产生的最大振动幅值。仿真结果表明,当工件满足GB/T 20928-2007加工精度要求时,激振力的频率应控制在[224,680]Hz,加工速度控制在[13440,40800]r/min。     

机床主轴系统的共振振型

机床主轴系统的固有频率,应处在机床上加工工件时不会发生共振的区域。 对于主运动为旋转运动的机床,工作主轴及其支承是最重要的系统,因为整个机床的质量和它有关。工作主轴直接地影响加工结果,切削时静载荷和动载荷作用于主轴系统,它们来源于传动装置和切削过程。除静态特性外,动态特性是机床主轴最重要的性能,过去在这方面所进行的许多科学研究工作主要着重于“主轴——支承”系统的固有频率,而且仅限于它的最低频率。     

数控机床主轴系统动力学特性分析方法研究

数控机床主轴系统的动力学特性直接影响着机床的加工精度、加工效率。文章在总结前人研究成果的基础上,对数控机床主轴系统动力学分析方法进行了综述研究。介绍了表征主轴系统动力学特性的参数,主要有静刚度、动刚度、极限切削宽度、固有频率及振型、阻尼特性和动响应。对现有的关于主轴系统动力学特性分析方法进行了归纳与总结,主要包括有限元法、传递矩阵法、阻抗耦合法、实验法等。指出了主轴系统结合部的动力学建模与参数辨识是研究主轴系统动力学特性的关键问题。最后,简要论述了主轴系统动力学研究的发展趋势,即未来应从主轴系统的精准建模、动力学综合优化和动态测试及分析等方面进行深入研究。     

医用TC4钛合金骨置换材料深孔钻削试验的研究

本文以医疗器械行业常用的钛合金骨置换材料TC4为研究对象,开展了有限元仿真分析以及切削试验研究。建立了钻削刀具的3D模型,通过有限元软件建立了钻削仿真模型,并模拟了钻削过程刀具的应力、应变云图,对刀具系统的模态参数及振型进行了分析。结果表明:刀片应力与应变集中在主切削刃部位,该位置最易发生崩缺;获取了钻削刀具固有频率与振型,当钻削系统外部激励频率与固有频率接近时,钻削系统易发生共振,实际切削时应尽量避开。通过开展不同切削条件下的切削试验与刀具磨损实验研究,结果表明:进给增大,切削力增大;转速增大,切削力减小;提高转速和增大进给都易引起堵屑;当进给量f=0.18 mm/r、切削液流量Q=250 L/min和转速n=80 r/min时,加工孔内壁加工质量高,排屑状况好,刀具磨损小。     

面向切削力修正的机床主轴回转精度预测实验分析

为了提高机床控制精度,设计一种可以精确预测面向切削力修正的主轴回转精度分析方法。为验证回转精度预测准确性,建立一套不需要通过标准球实现的主轴回转精度分析系统,可以针对具体切削工况开展主轴回转精度测试。研究结果表明：随着进给速率和切削深度改变,形成了具有规律性的同步误差,切深受到同步误差因素的影响程度最大,而进给速度次之。受切削载荷影响,主轴回转精度显著改变,同步误差和切削载荷具有正相关关系。在变进给及变切宽条件下,测试结果与仿真结果相近, 最大误差为0.2 μm。设定切宽12 mm与进给速度1 200 mm/min时,分离得到的圆度误差与100 r/min空转时圆度误差相比相吻合。     

平面并联机构与电主轴耦合系统动力学分析

平面并联机床的加工精度应该用平面并联机构与电主轴耦合系统的动态性能进行评价。在考虑并联杆件的弹性动力学特性和主轴动力学特性的情况下,建立了平面并联机构与电主轴耦合系统的弹性动力学模型。通过仿真得到了耦合系统的幅频特性曲线,并在此基础上对耦合系统进行了动态性能分析。结果表明,在外界激励作用下,并联杆件系统发生了较明显的变形,并且主轴在频率低于20Hz的激励干扰下振动较为剧烈,偏离预定轨迹的位移较大,达到0.01mm,导致并联机床的加工精度明显降低,大大降低了并联机器人机床的动态性能。     

主轴动态精度测试与分析

主轴动态误差对加工精度有至关重要的影响,针对主轴动态误差进行了试验与分析。介绍了主轴动态误差的概念,采用主轴动态误差分析仪对主轴动态误差进行了采集,采集的数据包括主轴径向平均误差、径向异步误差、轴向平均误差、轴向异步误差以及轴向最小间隙。对某型号同类型三台立式加工中心分别进行了多转速情况下的测量,对比并分析了三台立式加工中心的测量结果。在转速为7 500 r/min时,三台立式加工中心径向异步误差分别为70、15、15μm;在转速升至6 000 r/min之后主轴最小径向间隙均有较大提升。试验结果表明:主轴动态精度受到机床工况和转速共同影响;在高速转动情况下,主轴径向最小间隙增大明显;加工时要根据工况合理安排转速,以保证加工质量。     

铣削加工颤振稳定域影响参数研究及优化

建立圆柱形铣刀铣削加工动态切削数学模型,采用一种解析法计算并绘制稳定域图,获取加工稳定性随工艺参数变化的规律。分析系统参数对铣削加工颤振稳定特性的影响,提高固有频率、增大系统刚度和阻尼有助于提高系统加工稳定性。基于动态变化的稳定域图及共振功率半频带频率,提出一种铣削稳定性约束下铣削参数优化模型,获取最大加工效率下的主轴转速、径向进给量及轴向进给量参数的最优值。开发铣削稳定性分析仿真软件,实现铣削颤振稳定域分析、共振区域分析、铣削参数优化等功能。将复杂设计分析过程工程实用化,具有工程应用价值。该方法同样可推广到磨削、车削的颤振分析。     

数控机床主轴系统动力学建模与频率特征分析

文章采用集中质量法对机床主轴-滚动轴承系统进行了简化,基于Hertz接触理论计算了轴承组的等效接触刚度,建立了考虑弹性主轴刚度、阻尼和滚动轴承非线性接触力的十自由度数控机床主轴非线性振动分析模型,分析了在非平衡力作用下主轴-滚动轴承系统的非线性动力学特征。研究结果表明:当转速低于1500r/min时,主轴系统会出现由VC频率引起的拟周期运动状态;当转速为1500~7100 r/min时,主轴系统呈现周期1运动状态,系统出现了不平衡力和不对中引起的频率成分;当转速大于7100r/min时,主轴系统会出现拟周期和混沌运动状态。     

基于LTCA的高速齿轮传动系统非线性动态特性分析

为研究高速齿轮传动系统的动态特性问题,建立了考虑时变啮合刚度激励、误差等因素的非线性弯-扭耦合动力学模型。采用承载接触仿真(LTCA)方法,结合当量误差啮合理论,计算了模型中的时变啮合刚度和啮合误差激励条件。利用数值方法求解得到系统的动态响应特性。结果表明:在时变啮合刚度和啮合误差激励因素影响下,系统表现出很强的非线性特性;转速从7000r/min变化到15000r/min时,时间历程一直表现为非周期变化;增大轮齿啮合刚度和提高加工精度等级可改善动态响应特性。为高速齿轮传动系统的动态稳定性设计提供理论基础。     

铣削大理石切削参数对PCD刀具磨损的影响

目的探索PCD刀具磨损机理,以延长刀具使用寿命。方法设计正交试验,研究不同加工参数切削大理石对刀具磨损的影响情况。分析主轴转速、进给速度与切削深度对PCD刀具磨损量的影响规律,以优化切削参数来减小刀具磨损量。根据经验公式,建立单位时间刀具磨损量和固定行程磨损量模型。通过对试验过程刀具振动情况记录,结合刀具实际磨损情况,给出了刀具磨损等级。结果主轴转速的提高可以减少刀具磨损量,进给速度的增大会加剧刀具磨损,而切削深度小于1 mm时,其对刀具磨损量的影响很小,但切削深度大于1 mm时,继续增大切削深度会使刀具快速磨损。利用预测模型能够很好地对刀具磨损情况进行预判,根据磨损等级,得出刀具与机床发生共振时磨损最为严重,在刀具表面产生了明显的犁沟、磨损以及金刚石颗粒脱落。结论在实际加工中,通过提高主轴转速、降低进给速度以及减小切削深度有助于增强刀具的耐用度,避开共振切削参数可以有效降低刀具磨损,主轴转速、进给速度、切削深度分别为12000r/min、500 mm/min、0.5 mm时的切削效果较佳,有最小的刀具磨损量。     

直驱式回转工作台传动性能分析

针对精密卧式加工中心性能不断提升需求,对其回转工作台的传动精度、快速响应特性、加工稳定性等提出更高要求,通过建立精密回转工作台动力学模型,计算系统在扭转振动、时变啮合刚度、误差激励等因素作用下的动态响应,分析系统动态特性。同时建立其传动精度模型,计算传动系统在各误差因素作用下系统传动精度。研究表明:传动系统在高速输入情况下振动情况良好,传动系统可以获得很高的动态响应性能;其定位精度与重复定位精度均满足设计要求,系统可以获得良好的传动精度。     

超高速磨削主轴系统的动态有限元分析

运用有限元分析软件ANSYS建立超高速磨床主轴系统的三维有限元模型,并对其进行模态分析,得到各阶固有频率和振型。针对超高速磨削过程中由转速产生的离心力的影响,先对主轴系统进行了静力分析,然后对其进行模态分析,获得各阶固有频率和振型。通过比较得知:考虑预紧力后,主轴系统固有频率都有提高。通过公式计算获得各阶固有频率所对应的临界转速,为磨削加工时避开共振频率提供理论指导。考虑到磨削力对主轴系统的激振力作用,利用Full法对主轴系统进行谐响应分析,获得了主轴跨中节点随激振力频率变化的幅频响应曲线,识别了产生共振的激振力频率。提出了进一步提高主轴动态特性的工艺措施。     

微纳米测量机工作台的结构及性能分析

对微纳米测量机新型工作台进行了结构及静、动态性能分析.比较了不同结构的X、Y工作台的静态变形和刚度；对三维工作台进行了模态和谐响应分析,得到振动频率和振动位移.分析表明:合理的结构设计能够减小工作台的变形量,增加工作台的稳定性；工作台受驱动不会产生共振,动态性能满足要求.     

激振频率与动平衡对机床本体噪声影响的研究和应用

针对开发6000 r／min卧加主轴箱高速运行时噪声过大的问题,通过对振动频率、振动幅度分析和修正着手,对整机模型进行模态分析和优化,提高整机激振频率,有效避开机床共振,并对主轴箱内各轴系动平衡按平衡精度G2.5进行修正,降低主轴轴系的振幅,最后达到主轴在6000 r／min高速运行时噪声仅为60 dB,远小于高精度机床噪声公司内部标准75 dB和国家标准80 dB的要求。     

数控机床进给系统静动态特性分析

进给系统作为数控机床的主要组成部分,其性能直接影响机床的加工精度和加工效率,对其静动态特性进行分析有着重大的意义.运用有限元方法对数控机床进给系统进行静动态特性分析,得到进给系统的静力变形云图、固有频率以及振动特性.分析结果表明:进给系统最大变形为5.6μm、最大屈服应力为2.8 MPa、安全系数达到15,均符合要求,...     

数控机床切削过程中的动态特性测量方法

针对高速高精度切削加工过程中机床动态特性分析较为困难的问题,提出一种快速扫频正弦切削法来测量数控机床切削过程中的动态特性。该方法采用车削过程中的切削力作为激振力进行试验模态分析,主要通过以恒定的进给量切削正弦轮廓的圆柱形工件,并线性增加主轴转速,从而将切削力转化为数控机床频率响应函数的激励输入。结果表明：与传统的冲击测试方法对比,快速扫频正弦切削测试的共振峰柔度和频率均有所降低,分别降低了约6.7%和16.7%。此外,通过希尔伯特变换分析,观察到冲击测试和快速扫频正弦切削测试之间有很大的区别。在快速扫频正弦切削测试中,可以直接识别出切削过程中非线性的影响,为准确测量机床切削过程中的动态特性提供了理论依据。     

基于Workbench的磨齿机主轴系统动态特性研究

主轴系统是磨齿机的重要组成部分,主轴的动态特性对齿轮的磨削精度与生产效率有着很大的影响。以磨齿机的主轴系统为研究对象,在SolidWorks中建立模型,并通过有限元软件Workbench对其进行模态分析,得出了主轴系统的固有频率和最大偏振量。分析了主轴系统在不同跨距和不同主轴材料弹性模量等条件下对主轴动态特性的影响。结果表明：1023号碳板钢的最大变形量相对较小,可作为主轴材料;模态频率随支承间距的增加而提高;主轴系统的最大变形量随支承间距的增加减小,最佳支承间距为240 mm。     

刨床工作台振动特性分析

由于受到各种激励,刨床工作台运动过程中将发生振动,从而影响加工精度。为了有效控制工作台的振动,提高加工精度,有必要对工作台的振动特性进行分析。为此,以一自由度弹簧-质量-阻尼系统为工作台振动力学模型,在时域范围内分析受到谐波激励的刨床工作台的振动特性。结果表明:运动初期,工作台的振动由自由振动、自由伴随振动及稳态振动三部分组成;工作台运动后期,以稳态振动为主;工作台的振幅与其运动速度及阻尼有关,为了有效控制工作台的振动,必须合理控制阻尼值,并且合理选择工作台的运动速度。     

船用螺旋桨分区域加工共振控制研究

为了解决螺旋桨叶片等薄壁件在加工中因振动而难以达到加工精度要求的问题,给出了一种通过调节主轴转速来实现薄壁件分区域加工共振控制的方法。通过模态锤击实验获取不同切削区域工件与刀具的固有频率,结合工件与刀具的固有频率及其与刀具齿数的关系,确定薄壁类零件不同区域加工的主轴转速,进而减弱和避免加工过程中的振动。通过薄板切削实验,验证了分区域加工共振控制方法对避免铣削加工振动和提高加工质量的有效性。将所提方法应用于螺旋桨叶片加工过程中,有效地解决了螺旋桨叶片等薄壁类零件的弱刚性及其不同区域动态特性分布的差异性而导致精加工过程中极易发生振动的问题。