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文献综述

龙门铣床、龙门加工中心等大型机床为了缩小机床总体尺寸，增加机床刚度，常将原来的工作台移动改为龙门框移动，改单纯主轴箱的上下移动(固定横梁式)为横梁移动。 大尺寸的龙门框在两边导轨上移动或横梁在两边立柱上的移动必须同步，即两边的驱动必须精确同步。如两边驱动不能很好的同步，轻则影响机床的工作精度，重则影响机床的安全。在普通龙门机床上的横梁的同步升降(如龙门钻床、龙门铣床)就是典型机构。两边立柱上各有一根梯形螺母的丝杠。顶梁上电动机通过对锥齿轮同步驱动两根丝杠带动模梁同步升降。然后将横梁夹紧再加工。[1]

大型5轴卧式加工中心机床回转工作台是机床在加工过程中驱动工件回转的部件,回转精度及可靠性直接影响机床的整体性能。针对5轴机床在联动切削过程中B轴移动的特点,选用大型可调间隙蜗轮蜗杆进行传动,传动机构配置有减速机构以增加驱动力矩,回转机构通过大型轴向径向组合轴承支撑,通过高精度光栅尺进行位置反馈,得到快速进给5 r/min、定位精度为3Prime;、重复定位精度为1.5Prime;的高精度回转工作台[2]

本文结合实际产品介绍了五轴联动数控加工中心的组成、结构与功能,并分析了五轴联动数控加工中心的特点和优势[3]

江苏省常州机床总厂自行研制生产的我国最新型五轴联动龙门式数控加工中心。于去年国庆前夕试制成功,并在近日开幕的第六届中国国际机床展览会上展出,向世界宣告我国已经成熟地掌握了这项发达国家长期对我国禁运的技术。五轴联动龙门式数控加工中心等装备是电力工业、船舶工业、航天航空工业和军事工业等部门急需的[4]

结构动态特性是影响数控机床加工效率、精度等性能指标的重要因素,有关数控机床结构动态特性建模、优化和试验技术一直是机床动力学领域的研究热点问题,具有重要学术价值和工程意义。

本文针对某型号五轴联动加工中心存在的结构动态特性问题,较深入地开展了机床关键部件滑动结合面动力学参数识别、整机和关键部件有限元建模与仿真、以及结构试验模态分析和结构薄弱环节修改等方面的研究工作。

具体工作如下: 1)基于立式加工中心工作台,构建了滑动导轨结合面动力学参数实验平台,并通过大量实验,给出了滑动导轨结合面等效参数随润滑、正压力、镶条预紧力等参数变化的基本规律; 2)建立了五轴联动加工中心整机和关键部件结构的有限元仿真模型,给出了相应的结构模态振型与参数,以及机床AB双摆头和立柱的基本变形规律; 3)借助于LMS Test Lab模态分析系统,进行了机床结构试验模态分析和抗振性切削实验、以及机床立柱进给运动特性分析,提出了机床结构动态特性薄弱环节; 4)针对上述机床结构动态特性薄弱环节,提出了相应的结构改进方案,并借助于有限元仿真,验证了结构改进方案的有效性。 本文工作是国家科技重大专项“用于钛合金航空结构件加工的五轴联动加工中心”课题的一部分,所提出的机床改进措施已被企业所采用,为提高该机床的结构动态特性奠定了理论与实验基础。[5]