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五轴联动数控加工中心结构动特性分析与优化
作 者: 王玉宝
导 师: 张大卫
学 校: 天津大学
专 业: 机械制造及其自动化
关键词: 五轴联动加工中心 参数识别 动态特性 结构优化 LMS 有限元
分类号: TG659
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
结构动态特性是影响数控机床加工效率、精度等性能指标的重要因素,有关数控机床结构动态特性建模、优化和试验技术一直是机床动力学领域的研究热点问题,具有重要学术价值和工程意义。本文针对某型号五轴联动加工中心存在的结构动态特性问题,较深入地开展了机床关键部件滑动结合面动力学参数识别、整机和关键部件有限元建模与仿真、以及结构试验模态分析和结构薄弱环节修改等方面的研究工作。具体工作如下:1)基于立式加工中心工作台,构建了滑动导轨结合面动力学参数实验平台,并通过大量实验,给出了滑动导轨结合面等效参数随润滑、正压力、镶条预紧力等参数变化的基本规律;2)建立了五轴联动加工中心整机和关键部件结构的有限元仿真模型,给出了相应的结构模态振型与参数,以及机床AB双摆头和立柱的基本变形规律;3)借助于LMS Test Lab模态分析系统,进行了机床结构试验模态分析和抗振性切削实验、以及机床立柱进给运动特性分析,提出了机床结构动态特性薄弱环节;4)针对上述机床结构动态特性薄弱环节,提出了相应的结构改进方案,并借助于有限元仿真,验证了结构改进方案的有效性。本文工作是国家科技重大专项“用于钛合金航空结构件加工的五轴联动加工中心”课题的一部分,所提出的机床改进措施已被企业所采用,为提高该机床的结构动态特性奠定了理论与实验基础。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-7 第一章 绪论 7-13 1.1 课题研究背景与意义 7-8 1.2 五轴联动机床国内外发展现状 8-9 1.3 结合面国内外研究现状 9-11 1.3.1 结合面重要性与复杂性 9 1.3.2 国外研究现状 9-10 1.3.3 国内研究现状 10-11 1.4 主要研究内容 11-13 第二章 滑动结合面建模与参数识别 13-27 2.1 引言 13 2.2 滑动结合面动力学建模与研究方法 13-17 2.2.1 结合面刚度与阻尼产生机理 13 2.2.2 结合面等效动力学模型 13-14 2.2.3 结合面参数识别方法 14-17 2.3 实验仪器配置与实验方法 17-18 2.4 工作台模态分析 18-21 2.4.1 基于有限元的模态分析 18-19 2.4.2 基于试验的模态分析 19-21 2.4.3 计算结果与试验结果对比 21 2.5 导轨结合面参数识别 21-26 2.6 本章小结 26-27 第三章 机床模态试验与关键部件响应分析 27-42 3.1 引言 27 3.2 机床整机模态试验 27-31 3.2.1 实验对象与实验目的 27-28 3.2.2 实验仪器配置与实验方法 28-29 3.2.3 整机模态试验结果 29-31 3.3 关键部位模态分析 31-34 3.4 Y 向进给运动动态响应分析 34-40 3.4.1 实验方法 34 3.4.2 AB 摆头动态响应分析 34-36 3.4.3 立柱动态响应分析 36-39 3.4.4 下滑座动态响应分析 39-40 3.5 导轨软带受压变形实验 40 3.6 实验结论 40-41 3.7 本章小结 41-42 第四章 机床有限元建模与结构优化 42-57 4.1 引言 42 4.2 整机模态分析 42-44 4.3 机床偏心对滑座与立柱变形的影响 44-46 4.4 螺栓强度校核 46-48 4.5 机床结构优化 48-55 4.5.1 滑座静力学分析与结构改进 48-51 4.5.2 立柱静力学分析与结构改进 51-55 4.6 刚度验证 55-56 4.7 结论 56 4.8 本章小结 56-57 第五章 结论与展望 57-59 5.1 主要工作及结论 57-58 5.2 有待进一步研究的问题 58-59 参考文献 59-62 发表论文和参加科研情况说明 62-63 致谢 63
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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