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加工中心载荷测试技术与载荷谱编制方法研究

方杰  
【摘要】:随着我国机械行业水平不断提高,加工中心在汽车、航空航天、精密模具等行业内应用越来越广泛。由于缺乏科学可靠的载荷谱,大部分国产加工中心整机和关键功能部件的结构设计均套用进口加工中心的结构,而没有进行疲劳强度设计。同样的原因,加工中心整机和关键功能部件在出厂前所做的早期故障排除试验大部分为空运转试验或者简单的加载试验。这是导致国产加工中心故障频发、精度保持性和可靠性低的重要原因。因此,研究加工中心载荷测试技术与编制方法,对于指导加工中心结构设计与功能部件(如主轴、刀库等)可靠性试验具有重要意义。 本文结合国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项课题研究,以国产加工中心为研究对象,制定了加工中心载荷谱现场测试技术与实验室测试技术,以此为依据收集了大量的载荷数据,开展了加工中心速度谱、切削力谱与切削扭矩谱编制方法的研究,并采用模糊综合决策分析方法优选出了最佳的载荷谱分布模型。本文主要研究内容如下: 1.为准确地获取加工中心的载荷数据,本文专门制定了载荷谱现场测试技术与实验室测试技术。现场测试技术用于采集加工中心用户现场载荷数据;对于现场无法采集到的载荷数据,本文制定了实验室测试技术。 2.对采集的数据进行预处理后,本文编制了加工中心速度、主切削力、背向力、进给力以及切削扭矩的载荷谱及分布模型。本文对统计得到的载荷谱数据进行了初步分析,从常用的统计分布模型中初选Gaussian分布、Fourier级数分布、贝塔分布、对数正态分布、伽玛分布和威布尔分布等分布模型对载荷数据进行拟合,采用多元线性回归方法和模拟退火优化方法对初选的分布模型进行参数估计,再利用柯尔莫戈洛夫检验方法进行分布拟合优度检验。针对多个分布模型同时通过柯尔莫戈洛夫检验的情况,本文采用模糊综合决策分析方法对同时通过初步筛选的统计分布模型进行优选,确定了符合采样数据的最佳分布模型。 3.得到载荷谱的分布模型后,依据切削扭矩谱,本文制定了主轴程序载荷试验方案,并将该方案用于指导主轴进行可靠性试验。 本文所提出的载荷谱的建谱方法和分布模型的建模过程为加工中心载荷谱的研究提供了新方法,编制的载荷谱为加工中心的疲劳强度设计以及可靠性试验提供了重要依据。由于采集的数据量的限制,本文所建立的加工中心载荷谱仍需要不断补充和完善。


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