車銑加工中心動態(tài)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(nèi)外急需該產(chǎn)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(xiàn)五軸 聯(lián)動加工，不僅能完成復雜曲面加工，而能獲得好的表面質(zhì)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(yè)的快速發(fā)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(fā)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(nèi)的機床制造企業(yè)常常無力進行此項開發(fā)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(shù)學模塑或三維實體模型進行虛擬實驗和樣機 評價，其結(jié)果直接反饋修改設汁數(shù)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(jié)約了大量樣機試制 投資，也縮短了開發(fā)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(shù) 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(nèi)容包括產(chǎn)品設計與制造技術、機床動態(tài)特性研究、加工工藝技 術的研究、雙功能車銑轉(zhuǎn)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(tài)特性和加工性能）研究是非常有意 義的。①動態(tài)特性的研究。車銑加工中心的結(jié)構動態(tài)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(tài)特性和整機的 動態(tài)特性。從國內(nèi)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(jié)構的有限元分析，只簡單對車銑主軸靜態(tài)和模態(tài)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(tài)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(guī)律以及軸 承剛度和阻尼對振幅的影響規(guī)律進行分析，本文將上述規(guī)律進行總結(jié)。 在整機動態(tài)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(fā)，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?cè)狁詈舷到y(tǒng)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(shù)選擇和零件設計 等問題，作者曾在3-TPS混聯(lián)機床[47]中提出自己的創(chuàng)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(qū)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(nèi)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(fā)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(cè)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(zhì)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(zhuǎn)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(wěn)定，造成加工表面質(zhì)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(tài)發(fā)生自激振動，導致不穩(wěn)定顫振發(fā)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(jié)構承受 大的動態(tài)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(shù)對理論切削力 的影響規(guī)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(nèi)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(zhuǎn)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(guī)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(shù)。工件 已加工表面形成質(zhì)tt最主要也是最基本的參數(shù)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(tǒng)中存在的高頻振動等原因所形成的。通過長 期的生產(chǎn)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(wěn)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(nèi)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(yōu)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(shù)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(jīng)濟靈活地組織生產(chǎn)，使工_廠和車間的資源得到合理配 置，并使生產(chǎn)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(chǎn) 品的研制周期，獲得******的機床質(zhì)量、最低的成本和最短的開發(fā)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(chǎn)之前對該機床的可制造性和可生產(chǎn)性等各方面性 能進行驗證，然后對該機床結(jié)構優(yōu)化，保證一次性生產(chǎn)成功，從而降低 成本、減少上市時間，提高企業(yè)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(fā)表文章均來自網(wǎng)絡僅供學習參考，轉(zhuǎn)載請注明！