五轴机床工作空间动刚度测试方法研究
发布时间：2022-10-28 21:47
五轴机床作为一种典型的高端制造装备,因其良好的曲面加工能力被广泛应用于螺旋桨和叶轮等高去除率、高精度零部件的加工中,在航空航天、精密仪器、高精医疗设备等领域有着重要的影响。相较于传统三轴机床而言,五轴机床的旋转轴弱化了机床结构的整体刚性,并且使得不同机床位姿下的动刚度产生了明显的变化。而机床的加工精度又与其动力学特性密切相关,因此探索五轴机床工作空间动刚度变化规律对提升加工精度和效率具有重要的意义。激振测试是测量机床动刚度最为直接的手段,然而传统通用锤击测试方法存在偶然性强、效率不高、仪器结构尺寸偏大等缺点,难以适应五轴机床变位姿多方向的动刚度激振测试需求。因此本文着力于五轴机床工作空间动刚度测试方法的研究,以期提供一种灵活高效的五轴机床动刚度激振测试手段。本文主要研究内容如下:（1）五轴机床工作空间动刚度建模仿真分析。以实际摇篮转台式五轴机床为研究对象,采用弹簧阻尼模拟机床的结合部特性,搭建五轴机床有限元仿真平台。利用振型叠加法仿真分析平动轴位置和旋转轴角度对五轴机床不同方向动刚度的影响,为动刚度测试方法的研究奠定基础。（2）基于压电激振的五轴机床动刚度测试方法研究。结合动刚度仿真结...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 五轴机床工作空间动刚度建模分析研究现状
1.2.2 五轴机床工作空间动刚度测试方法研究现状
1.3 课题研究内容
第二章 五轴机床工作空间动刚度有限元建模分析
2.1 五轴机床的结构特点与工作空间
2.2 五轴机床工作空间内的动刚度
2.2.1 动刚度
2.2.2 机床“刀具-工件”相对动刚度
2.2.3 五轴机床工作空间动刚度场的建立
2.3 五轴机床工作空间动刚度有限元建模分析
2.3.1 基于有限元法的结构动力学分析原理
2.3.2 五轴机床有限元仿真平台搭建
2.3.3 平动轴位置对机床动刚度的影响分析
2.3.4 旋转轴角度对机床动刚度的影响分析
2.4 本章小结
第三章 基于压电促动器的五轴机床动刚度测试方法研究
3.1 五轴机床工作空间动刚度测试需求分析
3.2 基于压电促动器的五轴机床动刚度测试系统设计
3.2.1 激振方法的对比与选择
3.2.2 压电材料及其特性
3.2.3 测试系统总体架构与工作原理
3.2.4 振动信号数据处理与评价方法
3.3 压电激振性能分析及选型
3.3.1 压电促动器激振机理
3.3.2 扫频激励信号能量分析
3.3.3 压电促动器驱动功率分析
3.3.4 压电促动器及其控制器选型
3.4 压电激振仪的结构设计
3.4.1 激振仪整体结构
3.4.2 激振结构力学性能分析
3.5 五轴机床动刚度激振测试系统搭建
3.5.1 五轴数控机床
3.5.2 动刚度激振测试系统的仪器与设备
3.5.3 动刚度测试系统整体展示
3.6 本章小结
第四章 五轴机床动刚度实验测试与分析
4.1 实验设计与规划
4.2 实验流程
4.3 实验结果分析
4.3.1 X-X方向激振测试结果分析
4.3.2 Y-Y方向激振测试结果分析
4.3.3 Z-Z方向激振测试结果分析
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年全球机床消费概述[J]. 杜智强. 世界制造技术与装备市场. 2018(02)
[2]基于响应面方法的数控机床空间动态特性研究[J]. 邓聪颖,刘蕴,殷国富,王玲,林丽君. 工程科学与技术. 2017(04)
[3]机械阻抗的研究现状及应用[J]. 朱川. 科技创新导报. 2017(15)
[4]国产数控机床的技术现状与对策[J]. 赵万华,张星,吕盾,张俊. 航空制造技术. 2016(09)
[5]变姿态下摆台多支承轴系轴承刚度的计算方法[J]. 位文明,吕盾,张俊,赵万华. 华中科技大学学报(自然科学版). 2015(10)
[6]机床结合部耦合动刚度的辨识与建模[J]. 董冠华,殷勤,殷国富,向召伟. 上海交通大学学报. 2015(09)
[7]基于空间统计学的机床动力学特性[J]. 李天箭,丁晓红,程凯. 机械工程学报. 2015(21)
[8]轴间耦合下多轴联动机床的位置维动态特性分析[J]. 王磊,刘海涛,杨啸,张俊,赵万华. 机械工程学报. 2014(15)
[9]重型动平衡机摆架的动刚度测试与动力特性预计[J]. 周生通,李鸿光,刘岩,静波. 机械工程学报. 2014(08)
[10]多轴加工工艺系统综合动刚度建模与性能分析[J]. 闫蓉,潘文斌,彭芳瑜,蔡飞飞. 华中科技大学学报(自然科学版). 2012(11)
博士论文
[1]基于自激励的数控机床变结构模态分析方法[D]. 罗博.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]动态切削力模拟加载及误差在线测量装置的研究与开发[D]. 韩松林.南京航空航天大学 2016
[2]正交车铣加工系统综合动刚度建模与加工稳定性分析[D]. 潘文斌.华中科技大学 2013
[3]多轴加工系统综合频响特性测试与分析[D]. 蔡飞飞.华中科技大学 2013
本文编号：3697343
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 五轴机床工作空间动刚度建模分析研究现状
1.2.2 五轴机床工作空间动刚度测试方法研究现状
1.3 课题研究内容
第二章 五轴机床工作空间动刚度有限元建模分析
2.1 五轴机床的结构特点与工作空间
2.2 五轴机床工作空间内的动刚度
2.2.1 动刚度
2.2.2 机床“刀具-工件”相对动刚度
2.2.3 五轴机床工作空间动刚度场的建立
2.3 五轴机床工作空间动刚度有限元建模分析
2.3.1 基于有限元法的结构动力学分析原理
2.3.2 五轴机床有限元仿真平台搭建
2.3.3 平动轴位置对机床动刚度的影响分析
2.3.4 旋转轴角度对机床动刚度的影响分析
2.4 本章小结
第三章 基于压电促动器的五轴机床动刚度测试方法研究
3.1 五轴机床工作空间动刚度测试需求分析
3.2 基于压电促动器的五轴机床动刚度测试系统设计
3.2.1 激振方法的对比与选择
3.2.2 压电材料及其特性
3.2.3 测试系统总体架构与工作原理
3.2.4 振动信号数据处理与评价方法
3.3 压电激振性能分析及选型
3.3.1 压电促动器激振机理
3.3.2 扫频激励信号能量分析
3.3.3 压电促动器驱动功率分析
3.3.4 压电促动器及其控制器选型
3.4 压电激振仪的结构设计
3.4.1 激振仪整体结构
3.4.2 激振结构力学性能分析
3.5 五轴机床动刚度激振测试系统搭建
3.5.1 五轴数控机床
3.5.2 动刚度激振测试系统的仪器与设备
3.5.3 动刚度测试系统整体展示
3.6 本章小结
第四章 五轴机床动刚度实验测试与分析
4.1 实验设计与规划
4.2 实验流程
4.3 实验结果分析
4.3.1 X-X方向激振测试结果分析
4.3.2 Y-Y方向激振测试结果分析
4.3.3 Z-Z方向激振测试结果分析
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年全球机床消费概述[J]. 杜智强. 世界制造技术与装备市场. 2018(02)
[2]基于响应面方法的数控机床空间动态特性研究[J]. 邓聪颖,刘蕴,殷国富,王玲,林丽君. 工程科学与技术. 2017(04)
[3]机械阻抗的研究现状及应用[J]. 朱川. 科技创新导报. 2017(15)
[4]国产数控机床的技术现状与对策[J]. 赵万华,张星,吕盾,张俊. 航空制造技术. 2016(09)
[5]变姿态下摆台多支承轴系轴承刚度的计算方法[J]. 位文明,吕盾,张俊,赵万华. 华中科技大学学报(自然科学版). 2015(10)
[6]机床结合部耦合动刚度的辨识与建模[J]. 董冠华,殷勤,殷国富,向召伟. 上海交通大学学报. 2015(09)
[7]基于空间统计学的机床动力学特性[J]. 李天箭,丁晓红,程凯. 机械工程学报. 2015(21)
[8]轴间耦合下多轴联动机床的位置维动态特性分析[J]. 王磊,刘海涛,杨啸,张俊,赵万华. 机械工程学报. 2014(15)
[9]重型动平衡机摆架的动刚度测试与动力特性预计[J]. 周生通,李鸿光,刘岩,静波. 机械工程学报. 2014(08)
[10]多轴加工工艺系统综合动刚度建模与性能分析[J]. 闫蓉,潘文斌,彭芳瑜,蔡飞飞. 华中科技大学学报(自然科学版). 2012(11)
博士论文
[1]基于自激励的数控机床变结构模态分析方法[D]. 罗博.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]动态切削力模拟加载及误差在线测量装置的研究与开发[D]. 韩松林.南京航空航天大学 2016
[2]正交车铣加工系统综合动刚度建模与加工稳定性分析[D]. 潘文斌.华中科技大学 2013
[3]多轴加工系统综合频响特性测试与分析[D]. 蔡飞飞.华中科技大学 2013
本文编号：3697343
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