【摘要】：在航空航天、船舶動力、醫(yī)療器械等領(lǐng)域,多斜孔、復(fù)雜空間曲面的加工需求日益劇增。車銑復(fù)合加工技術(shù)在高精密機械加工領(lǐng)域占有舉足輕重的地位,其所配置的B軸動力刀架可以有效地解決產(chǎn)品精度要求高、曲面加工復(fù)雜等問題。因此,在數(shù)控車銑復(fù)合加工技術(shù)國產(chǎn)化的道路中對B軸動力刀架的研究意義重大。本文從車銑復(fù)合加工中心坐標變換的基本原理出發(fā),在研究動力刀架位姿變化的基礎(chǔ)上,研究并設(shè)計一種新型的B軸動力刀架,主要研究內(nèi)容如下:1、研究B軸動力刀架運動軌跡的插補方法及機床坐標變換,結(jié)合D-H法建立其運動學(xué)數(shù)學(xué)模型,并進一步分析B軸動力刀架在工作過程中的實際受力情況,建立動力學(xué)模型,為動力刀架的設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。2、設(shè)計一種新型B軸動力刀架結(jié)構(gòu),實現(xiàn)車刀盤和銑削擺臂的一體化設(shè)計,且能安裝刀具數(shù)量達到12把及以上,B軸在360°范圍內(nèi)回轉(zhuǎn),能在一次裝夾中完成多種工藝的加工。刀架的主要技術(shù)指標達到并部分超過國內(nèi)同類產(chǎn)品。3、利用MATALB軟件對動力刀架給定工作下的運動軌跡進行仿真分析,從云圖確定動力刀架的合理運動范圍,聯(lián)合ADAMS仿真分析軟件完成運動學(xué)仿真分析,得到在加工時刀具的運動云圖,驗證動力刀架在加工過程中的位姿姿態(tài)和平穩(wěn)性。進一步采用ANSYS workbench仿真分析軟件對B軸進行仿真及優(yōu)化分析,對分析后出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)進行加固處理,以提高機床的動態(tài)特性。4、為提高動力刀架的動態(tài)特性,需要分析直驅(qū)擺頭力矩電機特性參數(shù),利用MATLAB中Simulink仿真分析模塊對力矩電機的起動過程建立仿真模型,結(jié)果驗證交流力矩電機的相關(guān)參數(shù)符合刀架的設(shè)計要求。為分析不穩(wěn)定負載和變化阻尼對系統(tǒng)的機電耦合振動特性的影響,進一步對動力刀架進行機電耦合振動特性研究,根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型,完成動力刀架系統(tǒng)的機電耦合建模,仿真結(jié)果得出在0.1秒之內(nèi)振動比較大,且負載的不穩(wěn)定和阻尼的變化都會導(dǎo)致力矩電機的不穩(wěn)定輸出。為后續(xù)B軸動力刀架的研究奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG65
【圖文】：

以實現(xiàn) C 軸圓周進給及 Z 軸直線進給，主軸轉(zhuǎn)速范圍為50r/min 5000r/min，左主軸功率為 11kW，右主軸功率為 5.5kW（張曙 等，2014）。21 世紀初，車銑復(fù)合加工技術(shù)邁向了一個新的階段，國外市場上的數(shù)控機床不僅可以集成車銑復(fù)合（喬保重，2011）、動力刀塔（張級可，2012）、線性馬達（Guo J X，2009）等多種高端技術(shù)，而且自動對刀控制系統(tǒng)、高速度運轉(zhuǎn)、高精度定位、溫度補償功能、高精度在線檢測功能（曾志迎 等，2011）、CAD/CAM自動編程功能（張偉，2008）等軟硬件的高端技術(shù)在多種車銑復(fù)合加工中心上成功應(yīng)用，將車銑復(fù)合加工技術(shù)推向了時代的前沿，如德瑪吉森精機公司的 DMU系列，配置有 45°傾斜的數(shù)控擺動銑頭，實現(xiàn) A 軸和 B 軸的擺動運動，能在水平、垂直和傾斜位置工作實現(xiàn)五軸聯(lián)動和五面加工，其銑削最大轉(zhuǎn)速為 30r/min，車削最大轉(zhuǎn)速為 800r/min，最大扭矩為 2050N m（Abderahim M，2000）。奧地利 WFL 公司機床產(chǎn)品采用的 840D 數(shù)控系統(tǒng)，對帶 B 軸的車削加工、曲柄銷銑削加工、曲軸加工、凸輪銑削加工和深孔鉆孔加工的完成簡單易行（Grotjahn M，2001）。如圖 1-1 所示為國外知名廠家各類車銑復(fù)合加工中心。

成都理工大學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位論文雖然國內(nèi)已有多家廠商具備車銑復(fù)合機床的加工能力，但還有很多關(guān)鍵技術(shù)仍為國家重大科技專向難題，比如直驅(qū)雙擺頭（Santosha K，2006）、直驅(qū)雙回轉(zhuǎn)臺、數(shù)控系統(tǒng)（Tang G R，1992）、潤滑技術(shù)（Zhang G P，2003）、冷卻技術(shù)（ShafaA，1999）、動力接口座技術(shù)（魏傳良，2016）、離合器技術(shù)（Matthew T G，2004等還有待研究與發(fā)展。在國內(nèi)一些以合資、合作和引進新技術(shù)的公司對產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)雖然開始逐步應(yīng)用，但至今沒有突破性的發(fā)展（李登強，2011），比如電機內(nèi)置的車銑主軸（Liu Y，2014）、單伺服動力刀塔（Morris R D，1993）、力矩電機直驅(qū)擺頭技術(shù)（Pisette J，2005）等，這些技術(shù)都是從國外引進，并沒有真正的實現(xiàn)國產(chǎn)化（李世杰，2007）。再者，國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)的落后，技術(shù)的封鎖，發(fā)展的緩慢，都不能快速響應(yīng)市場需求，從而導(dǎo)致國內(nèi)高端用戶對車銑復(fù)合加工中心的需求基本上只能依賴于國外的進口（郭秀英，2015）。如圖 1-2 所示為國內(nèi)的各類加工中心。

間曲面等的加工，更使得機床整機結(jié)構(gòu)得到的大大地簡化，屬于高端功能部件，應(yīng)用在立式或臥式車銑復(fù)合加工機床上（喬保重 等，2011）。但是這種伺服動力刀架的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，核心技術(shù)含量高，國內(nèi)目前還達不到此種核心技術(shù)（張化錦，2010）。21 世紀初，隨著對刀架刀具轉(zhuǎn)速和刀座重復(fù)定位精度要求的提高，內(nèi)置電主軸直驅(qū)動力刀具的刀架結(jié)構(gòu)應(yīng)運而生（孫長春，2012）。其中，著名的德國 Saute公司和德瑪吉森精機公司在刀盤和刀座接口的關(guān)鍵性技術(shù)上首次采用 BMT 接口替代了以前的 VDI69880 接口（馬仕龍，2010），用于提高重復(fù)定位精度，這種刀架刀具的轉(zhuǎn)速可高達 10000r/min，不僅比原有的單伺服動力刀架結(jié)構(gòu)簡單，而且在轉(zhuǎn)動速度、帶載能力、可靠性和加工制造成本方面更勝一籌（王家興 等，2010）。目前這種單伺服動力刀架僅在國外有相對成熟的技術(shù)產(chǎn)品，在未來也將成為主流技術(shù)，我國也正處于積極研發(fā)的初步階段，但是各方面性能和穩(wěn)定性均低于國外產(chǎn)品（王恒 等，2017）。如圖 1-3 所示為兩種動力刀架。

【參考文獻】

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本文編號：2747251