銑車復合加工中心直驅轉臺動靜態(tài)特性分析及結構優(yōu)化.pdf

1、隨著科學技術的發(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)點的銑車復合加工中心是現代數控機床發(fā)展方向之一。相比其他類型機床，它的車削主軸與動力刀架上的銑刀主軸合運動，能夠實現以銑代車的功能，是當今數控技術得到較大發(fā)展的條件下產生的一種高速切削技術。同時，它可以實現復雜零部件一次裝夾，完成全部加工工序，大幅度提高了加工精度和生產效率。
　　銑車復合加工中心功能部件-直驅靜壓轉臺是關鍵功能部件之一，它的驅動

2、精度高、反應靈敏、輸出扭矩大、可靠性高，具有很高的動態(tài)響應速度和高加速度、高剛度、高定位精度、高承載能力。定量分析直驅靜壓轉臺具有良好的靜動態(tài)特性及其輕量化設計等關鍵技術，成為銑車復合加工中心急需解決的問題之一。本文應用計算機建模與仿真技術，針對直驅靜壓轉臺理論建模、靜力學分析、動力學分析及結構尺寸優(yōu)化等方面進行深入研究，可以為加工中心直驅轉臺的設計提供理論依據。本文的主要研究內容如下:
　　(1)通過研究直驅轉臺的結構特點，建立

3、了直驅轉臺的力學模型。根據直驅轉臺的力學模型，結合有限元軟件，推導了主、輔靜壓導軌的油膜剛度計算公式和雙列圓柱滾子軸承徑向剛度計算公式，并計算了最大銑削力和最大車削力。
　　(2)根據有限單元位移法的求解原理，制定了用于求解與評價轉臺靜動態(tài)特性的有限元流程圖。根據流程圖，進一步闡述了結構非線性靜力學理論、模態(tài)理論以及諧響應理論，為后續(xù)的研究提供理論支撐。
　　(3)針對軸承結合部和靜壓支承對轉臺系統靜動態(tài)特性的影響，提出彈簧

4、單元方法模擬軸承結合部和靜壓支撐的方法。根據靜力學理論，并綜合考慮軸承結合部和靜壓支承的影響，仿真了直驅轉臺銑削工況和車削工況的靜態(tài)特性，獲得了不同工況下的靜剛度結果。結果表明，轉臺的靜剛度滿足設計要求。根據模態(tài)理論對直驅轉臺進行模態(tài)分析，獲得了前6階固有頻率及相應的振型。結果表明，直驅轉臺的運行頻率遠小于直驅轉臺的低階頻率，不會發(fā)生共振。為了解油膜厚度對轉臺固有頻率影響，計算了不同油膜厚度相對應的前6階固有頻率。結果表明，油膜厚度對轉

5、臺的前兩階固有頻率影響較小。根據諧響應理論，計算了空載工況和滿載工況下直驅轉臺的諧響應，獲得了兩種工況X、Y、Z方向位移的幅頻特性曲線及動剛度值。空載工況的結果表明，激振頻率為80Hz時X方向切削力對Z方向加工精度影響較大;激振頻率為80Hz時Y方向切削力對X方向加工精度影響較大;激振頻率為280Hz時Z方向切削力對Y方向加工精度影響較大。滿載工況的結果表明，激振頻率為80Hz時X方向切削力對Z方向加工精度影響較大;Y方向切削力對X方向

6、加工精度影響較大;激振頻率為80Hz、505Hz時Z方向切削力對Z方向加工精度影響較大。
　　(4)為提高直驅轉臺動靜剛度和動態(tài)響應特性，需對其進行結構尺寸優(yōu)化。根據多目標優(yōu)化原理及直驅轉臺靜動特性仿真結果，確定目標函數、約束函數、設計變量，并用中心復合實驗方法確定試驗點，用Kriging方法構造設計變量與目標函數之間的響應模型，用靈敏度分析方法驗證設計變量的有效性和重要程度大小，用遺傳算法對建立的數學模型進行求解。最后，通過求解