五轴联动加工中心具有高效率、高精度的特点,以某立式加工中心为研究对象,对其进行动态特性研究。建立加工中心的有限元模型并分别对其有限元模型和实体加工中心进行模态分析,得到前四阶模态的模态参数。通过两种方法结果的分析,对其有限元模型进行修正,得到较为准确的有限元模型参数。进而对实际工作条件下的加工中心进行动态特性分析,得到该工况下的模态频率和模态振型。通过对模态参数的分析找到加工中心的薄弱环节并提出相应的修改建议,为加工中心的结构优化指明方向。

围绕高档数控机床基础件的低应力制造问题,研究了残余应力的分布规律,提出从优化制造过程工艺参数出发的降低残余应力方法。明确了铸造、机加工是两个对残余应力的产生起主导作用的工艺环节,采用有限元法对某加工中心床身进行了残余应力分析,得出了该床身在铸造与机加工环节的残余应力大小及分布情况。据此优化铸造残余应力振动时效处理的工艺参数,并分析了铣削加工参数对残余应力的影响。分析结果对数控机床大型基础件的低应力制造提供理论依据,有效保证基础件精度和稳定性。

为保证螺母丝杠机构的安全运行,针对螺母丝杠的实际工况进行了静力学仿真,进而建立了螺母丝杠的磨损可靠性模型,并进行了可靠性分析和可靠度计算。根据螺母丝杠的实际工作情况,应用ANSYS Workbench软件对螺母丝杠进行了静力学仿真。在仿真结果的基础上,对螺母螺纹所受应力应变进行了不确定性分析,通过拟合响应面模型和蒙特卡洛抽样法得到了螺母丝杠机构的最大应力分布特征,利用参数化建模方法得到了螺母丝杠行程对其运行可靠性的影响情况。研究结果表明,当丝杠行程达到33 600 m后螺母丝杠部件的可靠度曲线开始快速下降。因此,在实际运行过程中,当螺母丝杠的行程达到33 600 m后,应提高检修频率,避免因螺母丝杠的磨损可靠度降低而导致故障或事故。

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。

主轴是综合传动装置中的核心元件,其可靠性直接影响综合传动装置的正常运行。针对综合传动装置主轴的疲劳失效模式,在有限元仿真的基础上考虑参数不确定性进行可靠性分析。针对疲劳断裂的主轴建立模型进行瞬态动力学仿真,获取承载工况下最大剪切应力。在此基础上考虑参数分散性对主轴强度与所受应力的影响,进行不确定性分析,并基于广义应力-强度干涉理论,运用蒙特卡洛抽样方法进行可靠度计算。在实际使用中,特殊任务下多次发生未预料的断

导轨结合面是机床结合面的重要组成部分,机床的整机动态特性分析在很大程度上取决于如何正确处理机床导轨的结合面.文中运用三维建模软件SolidWorks和有限元分析软件ANSYS Workbench 12建立模型,采用弹簧-阻尼模型简化处理结合面,并对导轨滑块系统进行有限元仿真和模态试验,得到滑块的固有频率和模态振型,对比两种结果是否一致,从而验证了导轨结合面处理模型的正确性,并对导轨滑块结构提出了改进建议.

以提升机床立柱动态特性为目标,提出一种基于元结构特征的动态优化方法。依据机械元结构思想将机匣加工中心立柱分解,并提取出能代表其动态特性的元结构。基于有限元模态分析法,探究了元结构中筋板类型及其尺寸参数对其模态参数的影响规律,在此基础上对该元结构进行优化。通过对比结构优化前后的立柱动态特性并对改进后的立柱进行实验模态分析,验证了该方法的可信性。研究结果表明,该方法可以在后续在虚拟设计阶段中有效控制机床的隐性性能指标,为基于动态特性对其进行设计评价提供了数据支撑。

叶片是航空发动机的重要组成部分,它的制造精度直接影响着发动机的性能。床身作为数控机床的基础件,它的动态性能也是叶片加工的关键要素之一。以叶片五轴联动加工中心的床身为研究对象,通过有限元分析和模态试验分析,对其进行动态性能评估,找到床身的薄弱环节并进行优化设计,为以后的生产提供参考。同时,在有限元分析中提出一种快速甄别密集模态和虚假模态的方法,并通过实验进行验证。

有效的热变形仿真分析是机床热平衡设计以及热误差补偿的基础。为了提高热变形仿真的精度通过优化发热量等计算方法以及合理设计分析流程基于 ANSYS Workbench对超硬车数控车床液体静压主轴箱系统进行热特性仿真分析以及温升测试试验。热特性仿真与测试试验结果表明:温度场仿真与试验结果误差在 5%以内保证了热变形仿真的有效性。由变形仿真分析知:主轴 3个方向上的热变形及主轴前端最大变形为 5μm为热误差补偿提供理论基础。由试验结果得到了同一转速下各热源处温升随时间的变化曲线为合理预热、提高加工精度提供理论基础。