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基于高速精密电主轴加工性能的研究

冯汉青  
【摘要】:随着现代高端装备制造技术的不断发展和进步,高速度、高效率、高精度的高速加工技术是高端制造领域发展的必然方向。高速加工的关键部件高速精密电主轴在高速切削加工时由于外界和自身各种因素激励影响下存在复杂的振动、温升,这些因素将直接影响被加工零件表面加工质量,直接决定高速精密电主轴的性能以及衡量高速机床性能的重要指标。本文基于最新研制的高速精密电主轴,通过正交实验得到影响高速精密电主轴加工关键性能主轴振动、主轴温升以及被加工零件表面粗糙度随着加工参数变化而得到的实验数据。通过数学统计分析法确定切削参数对高速电主轴性能的影响程度,并获得最优的切削参数。为研究高速精密电主轴的动态加工性能提供了重要的实验数据参考。具体作了如下工作:本文首先对高速精密电主轴振动特性进行了正交实验,测量了主轴转速、轴向切深、径向切深、每齿进给量四个关键加工参数下高速精密电主轴振动动态数据。利用极差统计的方法得到了这四个参数对主轴振动的影响曲线,分析实验数据总结出主轴振动和切削参数之间的变化规律,得出了当主轴转速、轴向切削深度、径向切削深度、每齿进给量取值最优化时,高速精密电主轴振动速度最小。高速精密主轴温升和主轴振动是相互影响,相互制约。对于高速精密电主轴温升特性,采用正交实验法进行了不同参数下多组铣削实验,测量了主轴转速、轴向切深、径向切深、每齿进给量等参数条件下温升数值,分析主轴温升和切削参数之间变化的一般规律,根据数学统计分析得出四个铣削参数变化对高速精密电主轴动态温升的影响。获得了电主轴动态温升最小时所对应的最优化的主轴转速、轴向切削深度、径向切削深度、每齿进给量数据。高速加工时的主轴振动、温升和被加工零件表面质量与加工参数密切相关。针对被加工零件的表面粗糙度采用常用的正交实验分析法,测量了四个加工关键参数动态变化条件下表面粗糙度数值,总结分析切削参数与被加工零件表面粗糙度之间的变化规律,得出了能够精确描述这四个参数的表面粗糙度的经验公式,并对切削加工各参数进行了优化,确定了主轴转速、轴向切削深度、径向切削深度、每齿进给量取得最优时,表面粗糙度获得最小值。本文所研究高速高精密电主轴的三个关键加工特性是在动态负载情况下进行的,所得数据、结论是在多次实际生产加工中测试、分析出来的,在高速加工电主轴研究领域内具有一定的先进性和实用价值。为高速机床高精密电主轴设计、高速电主轴性能研究、高速加工工艺参数选择提供必要的支持。因此、本文针对高速加工条件下精密电主轴的振动和温升、被加工零件的质量三大关键特性的研究对于高速精密电主轴的设计研发、实际生产、高速加工应用等显得更具有现实指导意义。


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