数控机床设计分析及动态特性优化

admin · 发表于 2022-7-28 17:30:37

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数控机床结构静动态特性仿真分析及优化技术是虚拟机床技术的重要组成部分。本文主要以课题合作研发的立式、卧式加工中心和实验室自主研发的车铣复合加工平台为研究对象，应用数控机床虚拟样机技术，研究了机床零件、主轴系统及整机结构动力学建模、静动态特性分析及优化设计等关键技术，基于机床物理样机的实验测试对仿真分析进行了实验验证。介绍了论文主要研究对象立式、卧式加工中心，建立了机床的三维实体模型。详细介绍了机床零件及整机的建模方法、结合面等效动力学建模及实验参数辨识方法，机床加工动力学仿真方法，并针对本文研究对象提出了数控机床结构分析优化总体方案。应用有限元仿真软件对立式、卧式加工中心的关键零部件，如床身、立柱、工作台、滑座、主轴箱等，进行了静力学及动力学仿真分析；对机床关键零件进行了动力学测试及分析，以验证和指导零部件的有限元仿真分析；基于结构形状及尺寸优化，对立式、卧式加工中心的关键零部件进行了优化设计；基于结构拓扑优化方法，结合仿生设计，对实验室研制的车铣复合加工平台关键结构导板进行了动态优化设计。建立了电主轴系统的有限元全参数化模型；对主轴进行了静动力学分析，获得了主轴的静刚度、固有频率及模态振型；对主轴进行了动力学测试，验证了有限元仿真分析模型；研究了预紧力、主轴悬伸及轴承跨距等因素对主轴静刚度及低阶固有频率的影响；确定了主轴的优化方案，并对其进行了静动态性能优化；利用Visual Basic对ANSYS进行了二次开发，建立了电主轴优化分析软件系统。对立式、卧式加工中心进行了整机结构动力学分析，得到了机床整机的固有频率及模态振型；对机床物理样机进行了动力学测试，验证了仿真模型的可行性和有效性；基于机床关键结构的优化设计，对优化后的机床整机结构进行了仿真分析，验证优化后的整机结构动力学性能；选取不同的刀具，对机床整机进行了动态性能测试与切削动力学实验，获得了机床的颤振稳定域图，可用于指导实际的切削加工，提高加工效率。最后，总结了本文工作，展望了进一步的研究工作。

数控机床设计分析及动态特性优化

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