車銑加工中心動態特性及加工機理的研究目的和意義
1.3研究的目的和意義 研究目的和意義如下： (1)車銑加工中心需求方面：國內外急需該產品，尤其航空、航天 等軍工領域。由于車銑加X中心是屬于高檔精工機床，可以實現五軸 聯動加工，不僅能完成復雜曲面加工，而能獲得好的表面質量。如果 制造出高性能的車銑加工中心必然能夠推動制造業的快速發展，因此為著滿足各項需求，研究車銑加工中心是非常有意義的。 (2)正交車銑加工技術方面：由于正交車銑加工應用最為廣泛，因 此本文只對正交車銑加工機理進行深入研究。正交車銑技術是一種先進加工方法，不僅能加工軸類零件、而且對復雜零件車銑加工也能很好 解決。因為它不僅能加工奇特的形狀，而且能通過一次裝卡完成所有或大部分零件的加工，其加工精度、加工效率都明顯提高，因此對其進行機理分析具有理論研究價值。 (3)解決關鍵技術的手段方面:研究開發一臺車銑復合加工中心 需要多種方案的反復比較及試驗，也需要大量的技術投資和較長時間。 因此國內的機床制造企業常常無力進行此項開發研究工作。車銑復合 加工中心有其自身特點和要求，如何在設計階段采用計算機建模與仿 真技術解決該機床的關鍵技術，是目前機床界采用該技術要研究的重 點，可在計算機上對其數學模塑或三維實體模型進行虛擬實驗和樣機 評價，其結果直接反饋修改設汁數學或三維實體模型。對實體機床的 實驗和評價過程可以完全用計算機虛擬地進行，節約了大量樣機試制 投資，也縮短了開發閶期。 (4)解決關鍵技術的必要性方面:從2009年和2011年的“高檔數 控機床與基礎制造裝備”科技重大專項中可知，對車銑加丄中心的研 究，其內容包括產品設計與制造技術、機床動態特性研究、加工工藝技 術的研究、雙功能車銑轉臺設計與制造技術研究。由此可見對車銑加工中心的兩大關鍵技術（機床動態特性和加工性能）研究是非常有意 義的。①動態特性的研究。車銑加工中心的結構動態特性是非常重要 的，直接影響到機床的加工精度。它包括關鍵部件動態特性和整機的 動態特性。從國內外參考文獻可知：蘭州理工大學謝黎明[631對車銑復 合加工中心主軸結構的有限元分析，只簡單對車銑主軸靜態和模態分 析;東北大學張耀滿W和加拿大英屬哥倫比亞大學YUZh〇ngCao[^67j 等人對主軸動態特性進行虛擬仿真，也都采用彈簧一阻尼單元代替軸 承支撐，但沒有詳細將軸承剛度和跨度對固有頻率的影響規律以及軸 承剛度和阻尼對振幅的影響規律進行分析，本文將上述規律進行總結。 在整機動態特性分析中，華中科技大學王學林[7(U1]對高速加工中 心進行有限元分析，討論了不同位置導軌的剛度變化對高速加工中心 固有頻率的影響;楊曉京采用虛擬樣機技術應用于機床的設計開 發，吳南星[52$]等人采用虛擬樣機對精工機床進行運動學和動力學分 析。本文采用基于剛柔耦合系統的虛擬樣機方法對車銑加工中心進行 激振仿真分析，這種方法是在虛擬樣機技術基礎上的推廣，更接近實際 情況，進行研究是非常有研究意義的。 在車銑加工中心的動力學分析中，針對電機參數選擇和零件設計 等問題，作者曾在3-TPS混聯機床[47]中提出自己的創新方法，在這個 基礎上將柔性體引人到虛擬樣機中，此方法能更準確地預測車銑加工 中心的驅動力大小，因此具有實用研究的意義。②加工性能的研究。車銑加[:是一種先進的切削方法，不冋于普 通車削和銑削，但又存在相似之處。國內外專家和學者對通常車削和 銑削加工的切屑研究比較深人，既有理論建模，也有仿真和實驗驗i正。 但從歷年發表關于車銑切屑研究的文獻可知，很少有研究學者對其進行深入研究。其中沈陽理工大學姜增輝[121研究得比較早，也比較深 入，為車銑加工奠定了堅實的基礎，但其更側重工無偏心切屑建模，且 建模方法復雜;沈陽理工大學金成哲132]，北京理工大學的劉克非[36]等 人對切屑的實驗進行研究，但沒有進行切屑理論建模與分析；德國的 H.Sdnilz1^1和斯洛文尼亞M. Pogadnkn6]利用實驗等方法對切削加 工表面質M進行了研究，同時也提到叻屑的重要性；克羅地亞Skoric- Stephar^91利用車銑技術對旋轉工件表面加工的可行性進行了研究，提 到切昶的大致形狀。但到S前為止還沒有完整的切屑建模，因此對車 銑切屑，允K偏心切削研究是非常重要的。 機床顫振會使加工過程變得不穩定，造成加工表面質量和金屬切 削宇?的下降，嚴重時甚至會破壞刀具和機床。因此，顫振成為提高機床 加I:能力的最主要障礙之一。顫振是由于工件和刀具相對振動，而導 致切屑厚度時時變化。由于切削力與切屑厚度是成正比例，整個機床 模態發生自激振動，導致不穩定顫振發生如果不避開顫振，0 前顫振加工導致壞的加工表而，刀尖受損嚴重，主軸和工作臺結構承受 大的動態載荷，因此切削力和顫振都是非常重要的。在車削和銑削對 切削力的研究比較成熟，但車銑加工中切削力的研究很少。沈陽理工大學的姜增輝[331對車銑無偏心切削力進行了理論預測，以瞬時切削面 積為主要研究對象建立了瞬時切削力的計算模型，并對瞬時切削力的 變化進行了仿真。吉林大學的馬巖[34]利用球頭銑刀對非軸對稱工件 車銑加r的切削力建模與分析，計算車銑加工工藝參數對理論切削力 的影響規律；目前為止仍沒有解決車銑加工時有偏心切削力的預測，同 時也沒有對顫振進行研究，國內外都處于空由階段。在普通的車削和 銑削方面，國外研究比較深入，如1990年,J.TIusty[76]等人提出機床非 線性顫振；1995—2004年，Y. Altintas177—8^90%教授分別提出單自由度、多自由機床加工顫振，以及球頭銑刀三維顫振；針對銑刀螺旋角對顫振影響進行分析，但都沒有對車銑 加工進行研究。山于車銑加工是出兩根主軸同時旋轉運動合成，閩此 進行探索研究是非常有意義的。 車銑表面的微觀形貌是車銑基礎理論研究的一個重要組成部分。 已加工表面形貌對工件成為機器零件后的使用性能有很人影響，有一 定規則的表面花紋模樣可使模具表而的接觸更趨均勻，提高模具表面 的耐磨性。表而形貌包括表而粗糙度，波紋度，紋理方向等參數。工件 已加工表面形成質tt最主要也是最基本的參數之一就是表面粗糙度， 它是反映零件表而上微觀幾何形狀誤差的一個重要指標，它主要是由 于在加1:過程中刀具和零件表而之間的摩擦，切屑分離時塑性變形和 金屬撕裂，以及工藝系統中存在的高頻振動等原因所形成的。通過長 期的生產實踐使我們認識到，降低零件的表面粗糙度，保證配合的可靠 性和穩定性，是我們追求的目標，因此獲得好的方法是非常重要的。國 內外對車銑加工表而粗糙度研究比較多，如土耳其的￥^^53708[61]利 用遺傳算法對車銑加:1:表面粗糙度進行優化;劉克非1361對微小型車銑 加工表而粗糙度進行正交試驗研究;姜增輝[12]分別對正交車銑鋁合金 了件表而粗糙度和正交車銑已加工表面微觀形貌進行模擬研究；潘家 華對正交車銑表面形貌的計算機仿真等。本文在無顫振條件下，通 過銑刀軌跡構造函數的方法對表面形貌和粗糙度進行仿真，分析車銑 加工中心表面形貌及粗糙度是很有意義的。 由上述研究目的和意義可知，通過對車銑加工中心釆用計算機建 模與仿真技術的研究，能實時、并行地模擬出機床的未來制造全過程及 其對加工中心設計的影響，預測機床的性能、成本和可制造性，從而有 助于更冇效、更經濟靈活地組織生產，使工_廠和車間的資源得到合理配 置，并使生產布局更合理、更有效。釆用計算機建模與仿真技術可以在 設計階段就進行驗證，確保設計的正確性，避免損失，從而可以縮短產 品的研制周期，獲得最佳的機床質量、最低的成本和最短的開發周期， 為此提出了本課題的研究。通過釆用計算機建模與仿真技術對該加工中心在實際投入生產之前對該機床的可制造性和可生產性等各方面性 能進行驗證，然后對該機床結構優化，保證一次性生產成功，從而降低 成本、減少上市時間，提高企業的競爭力。W此，本課題利用計算 機建模與仿真技術對車銑加下中心的研究和應用是具有重要理論意義本文由海天精工整理發表文章均來自網絡僅供學習參考，轉載請注明！