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五轴立式加工中心耳轴式回转工作台关键技术研究

周国栋  
【摘要】:随着科学技术的快速发展,高档数控机床逐步向高速度、高精度、高效率、复合化的方向发展,其中五轴立式加工中心是现代数控机床发展重点方向之一。加工中心可以实现复杂部件一次装夹,同时采用多种工艺加工方法完成复杂曲面加工,广泛应用于航空航天、国防军工等重要领域。而高精度数控工作台作为多轴联动机床的重要部件,是实现多轴加工的关键部件,受到了各国的重视,是目前研究领域的热点问题。本文通过计算机建模与仿真技术对五轴立式加工中心工作台的关键部件进行三维建模、仿真和实验综合分析,为工作台结构优化、控制系统设计提供了重要参考依据。全文主要内容如下:(1)对立式加工中心工作台驱动系统进行结构设计,首先进行运动学分析,计算A、C轴转角和X、Y、Z三直线轴移动距离,然后进行动力学分析,计算速度耦合、转矩耦合和转动惯量耦合公式,在此基础上进行电机和轴承选择,最后建立三维模型,并导入ADAMS软件进行动力学分析,验证驱动系统的有效性和可靠性;然后运用Workbench软件对系统进行静力学、动力学分析,获得其静动态特性;(2)设计液压夹紧制动系统,理论计算的基础上使用Workbench和ADAMS软件进行静动力学分析,验证制动系统的可靠性;(3)研究系统的热特性,先使用Workbench的CFX模块进行流固耦合分析,然后进行稳态热分析和热-结构耦合分析,分析系统热变形,并针对热误差进行补偿;(4)运用变分法建立拉格朗日一麦柯斯韦方程,进而分析工作台系统的动力学模型,以此为基础建立系统机电耦合模型,采用id=0矢量控制方式,以SVPWM脉宽调制为基础,使用Simulink软件建立仿真模型,验证工作台系统稳态特性和动态特性,并分析机械刚度、阻尼和转动惯量对伺服系统的影响。(5)对工作台系统进行静力学分析、模态分析和谐响应分析,验证系统的刚度和强度,并分析系统固有频率。


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