基于铣头静动态特性分析的龙门铣床切削参数确定及快速选取

发布时间：2020-07-02 16:50

【摘要】：数控机床作为主流加工设备,其应用范围极为广泛,而能扩大机床加工工艺范围的附件铣头是龙门铣床最常用的功能部件。合理选择使用附件铣头后龙门铣床的切削参数对减轻刀具磨损、保证机床整体刚性、提高工件加工精度具有重要意义,而目前对于使用附件铣头的机床切削参数研究较少。本文以现有的龙门铣床切削参数为基础,采用理论、仿真和试验相结合的方法研究铣头静动态特性与切削参数的关系,利用编制的程序实现了使用附件铣头后龙门铣床切削参数的快速选取。(1)采用正交试验方法建立铣削力经验模型。分析铣削正交试验基本原理、试验目的与试验条件,通过测力仪采集转位立铣刀铣削HT300、面铣刀铣削HT300、转位立铣刀铣削淬硬铸铁和面铣刀铣削淬硬铸铁四种工况下不同切削参数所对应的铣削力。利用多元线性回归技术建立切削参数与不同方向铣削力的经验公式,采用方差分析技术及数值对比的方法论证铣削力回归模型的准确性。(2)利用有限元仿真和试验相结合的方法研究铣头静态特性和切削参数的关系。剖析加长铣头和直角铣头的机械结构,根据铣头工作时的受力情况,分析出对加长铣头和直角铣头使用精度影响最大的铣削分力分别为Fx和Fz。使用有限元软件求解铣头在不同大小铣削力作用下的静力变形,通过线性拟合方法得到铣头最大静力变形与切削参数的关系。设计一套铣头静态试验方案,根据试验结果得到铣头静力载荷与变形的关系,其与仿真结果相比,截距相差较大,由此对静力变形与切削参数的关系进行修正。(3)利用理论计算和有限元仿真相结合的方法研究铣头动态特性和切削参数的关系。根据能量守恒原理推导出结构固有频率的表达式,使用有限元软件求解出加长铣头和直角铣头的前六阶固有频率和振型,判定在额定转速内铣头不会发生共振。根据稳态受迫振动理论,推导出结构振幅表达式,对铣头在某一加工条件下进行谐响应分析,得到铣头振幅并与计算结果进行比较。将合铣削力作为激振力,结合铣头的质量和刚度,得到铣头振幅和切削参数的关系。(4)通过计算机程序实现使用铣头后龙门铣床切削参数的快速选取。利用C#开发程序将切削参数与铣削力、铣头静力变形、铣头动态特性的关系转化为计算机语言,编制出易于操作的切削参数选取人机交互界面。通过加工试验证明,针对使用附件铣头的龙门铣床,本文阐述的方法在提高工件加工质量上具有较大的优越性。选取安装铣头的龙门铣床的切削参数时,考虑铣头的静动态特性,有利于保证机床的整体性能,提高工件加工精度和表面质量。通过编制的人机交互界面实现了使用附件铣头后龙门铣床切削参数的快速选取,填补了使用铣头后切削参数选取领域内的空白,对指导实际生产具有重要的现实意义。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG54
【图文】：

布局图,龙门加工中心,布局图,铣头

图 1-1 XH2130 龙门加工中心布局图，在未使用附件铣头的机床切削参数优化方面，学者们主要考虑工件切生产效率、刀具使用寿命和加工表面质量等因素[5-7]。本课题在此基础上现场操作人员使用附件铣头后仍采用原来切削参数的现状，提出对使用龙门铣床的切削参数进行评价和调整。通过试验、理论计算、有限元仿相结合的方式，建立切削参数与铣削力、铣头静力变形和铣头振动特性数学关系转化为人机交互界面，实现了使用附件铣头后龙门铣床切削参。相关研究内容有利于弥补使用铣头后切削参数选取和评价领域内的空际生产和提高大型工件的加工精度具有重要的现实意义。国内外研究现状2130 系列龙门加工中心主要由工作台、床身、横梁、立柱、滑枕、附件头

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基于铣头静动态特性分析的龙门铣床切削参数确定及快c 公司以研发、生产力矩电机驱动的铣头而闻名，其产品的 A 轴与力矩电机直接驱动，铣头在使用过程中无磨损，具有加速度快和定位 A 轴定位精度可达 0.0013°，C 轴定位精度可达 0.002°。图 1-2 为/C 轴双摆角铣头，目前已形成适用于高速、高精度切削加工的 S8 紧凑系、M21 中系列和 G30 重系列，可按用户需求进行多种配置[37]。ermann 公司生产的 A/C 轴双摆角铣头有齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、混合驱动等多种驱动形式。针对传统两轴铣头的极点问题和摆动幅度的ermann 公司创新性地研制了如图 1-3 所示的 M3ABC 三轴旋转铣头，围为±110°，C 轴的旋转范围为±360°，B 轴由两条弧形导轨导向15°。该铣头为五轴联动加工方式增加了新的维度，使机床的柔性化水，是当今先进铣头的典型代表[38]。

【参考文献】