【摘 要】
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本文以拓璞VMC-C50双转台五轴机床为研究对象,研究了机床整机动态特性,同时对机床重要部件中的双转台回转工作台动态特性进行了深入研究。首先对机床整机动态特性研究,分析了机床各个结合面刚度,后建立双转台五轴机床几何模型,将模型导入有限元软件,并按照真实机床材料和计算得到的刚度参数进行设置,得到一个固定位置下的整机模态,仿真分析了27×3个工作位置的机床模态。建立双转台五轴机床三维kriging拟合
【基金项目】
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国家自然基金国际（地区）合作与交流项目“基于开放式数控系统的智能切削加工技术基础及应用（项目号 51720105009）”；
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本文以拓璞VMC-C50双转台五轴机床为研究对象,研究了机床整机动态特性,同时对机床重要部件中的双转台回转工作台动态特性进行了深入研究。首先对机床整机动态特性研究,分析了机床各个结合面刚度,后建立双转台五轴机床几何模型,将模型导入有限元软件,并按照真实机床材料和计算得到的刚度参数进行设置,得到一个固定位置下的整机模态,仿真分析了27×3个工作位置的机床模态。建立双转台五轴机床三维kriging拟合模型,基于三维Kriging拟合模型,分析双转台五轴机床不同加工空间的系统固有频率。结果表明,随着各直线轴和摆台摆角的变化,双转台五轴机床加工空间中的系统固有频率变化范围在45.3Hz到53.4Hz之间,摆台摆角0°时系统固有频率最小。其次对机床回转工作台动态特性进行分析,讨论了工作台受到的力矩和负载的变化,而引起的工作台轴向振动变化,根据板壳弹性力学建立了工作台在受到转矩、摆矩和载荷时机床工作台轴向振动的非线性动力学方程;然后根据Galerkin截断法求解工作台轴向的动态位移、以及该加工系统的分岔图、位移波形图、相平面轨迹及庞加莱截面图等;最后分析得到在加工过程中,工作台转矩、摆动力矩以及负载的变化对工作台轴向振动的影响。研究发现,随着外载荷变化工作台轴向振动以大周期运动状态为主,最大振幅为0.09mm,外载荷变化对工作台的轴向振动影响最大;随着摆动力矩变化工作台轴向振动以小周期区和小面积混沌状态为主,最大振幅为0.03mm,摆动力矩对工作台的轴向振动影响较小。最后通过模态实验验证了机床整机前五阶固有频率仿真值与实验值相差在20%以内。同时针对工作台加工时力矩、负载的变化对机床工作台振动特性的影响进行了实验,证明了双转台五轴机床的工作台轴向振动非线性分析实验值与分析值误差为12.3%。通过对机床整机以及工作台动态特性研究,能够为机床工作时路径规划,工件加工过程中工作台稳定性控制提供技术支持。
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