龙门加工中心横梁部件结构动力学建模及其颤振预测研究

现代制造业的快速发展给机床装备行业带来了前所未有的机遇和挑战。机床作为工作“母”机,采用各种切削加工或成型加工方式生产机械零件。为了保证特定的加工允差,机床的精度必须高于加工零件的精度,而机床的工作精度主要取决于机床结构的动态性能。研究机床结构动态性能就必须对机床结构进行动力学分析,以往机床结构的动力学分析主要采用对机床物理样机进行动态测试,以此获得结构的动态特性参数,然后对数据进行处理来完成的。随着有限元理论的不断发展与完善,在虚拟环境下建立机床结构动力学模型,并对机床结构进行动力学分析成为可能。本文结合DF5020高架桥式龙门加工中心横梁部件结构动力学分析,对横梁部件结合部动力学建模以及动态特性参数进行针对性研究,在有限元环境下建立横梁部件结构动力学模型,提出重载情况下的龙门加工中心横梁部件铣削颤振稳定性有限元方法的预测,本研究工作对促进机床专业技术发展有一定现实意义。主要研究内容如下： (1)本论文借助推力球轴承接触刚度的分析理论对横梁部件上的滚动导轨结合部刚度进行计算,建立滚动导轨结合部动力学模型。通过模态试验识别滚动导轨结合部刚度特性,验证了刚度理论计算方法的可行性。本论文还提出带预压力的滚珠丝杠结合部刚度理论计算方法,同时建立滚珠丝杠结合部动力学模型。 (2)本论文提出将Pro/E、Workbench与经典Ansys结合进行协同仿真,建立考虑滚动导轨与滚珠丝杠结合部刚度的横梁部件的有限元模型,并进行较深入的分析研究。 (3)本论文将机床结构有限元分析与Altintas铣削颤振解析预测理论结合起来,提出在有限元虚拟样机环境下预测机床结构铣削颤振稳定性的方法,即机床结构铣削颤振稳定性有限元方法的预测。 (4)本论文利用相似性实验原理,设计龙门机床横梁部件实验台,验证本文理论研究结果,为今后借鉴本论文提出的机床结构动力学建模以及颤振稳定性有限元方法预测开展相关研究做好实验研究准备。