基于轻质多孔结构的机床工作台性能研究.pdf

一1 11 圜塞科技重大专项及扭关技术 T o p i c s N a t i o n a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y M a j o r P r o g r a m a n d R e la t e d T e c h n o lo g i e s 基于轻质 多孔结构的机床 工作台性能研究 杨 飞 闫媛媛 高东强 陈超群 马金峰 陕西科技大学机 电工程学院， 陕西 西安 7 1 0 0 2 1 摘要 将轻质 多孔结构应用到 DV G8 5 0高速加工中心的工作台结构 中， 设计出的多孑 L 结构工作台 比原工 作 台的总质量减少 了 1 6 ． 8 9 4 k g ； 通过对工作台的静、 动态分析得 出 多孔结构工作台的最大变形量 比原结构减小了 2 O ． 5 4 ％， 前 6阶固有频率比原结构平均提高 8 6 ． 9 7 Hz ， 最大提高 2 2 ． 1 7 ％， 并给出 了主要设计参数 正方形单体壁厚 、 边长 对工作台的最大静变形和总质量的影响 曲线 。 为其进 一 步的设计与研究提供了理论参考。 关键词 轻质多孔结构机床工作台 静力学分析模态分析设计参数 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A Th e ma c h i n e wo r k t a b l e p e r f o r ma n c e s t u d y b a s e d o n l i g h t p o r o u s s t r u c t u r e YANG F e i ，YAN Yu a n y u a n，GAO Do n g q i a n g，CHE N C h a o q u n，MA J i n f e n g Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， S h a a n x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， X i a n 7 1 0 0 2 1 ，C HN Ab s t r a c t L i g h t p o r o us s t r u c t u r e i s a p p l i e d t o DVG8 5 0 hi g h s pe e d ma c h i n i n g c e nt e r wo r k t a b l e s t r u c t u r e，t h e t o t a l ma s s o f t h e d e s i g n e d p o r o u s s t r uc t u r e wo r k t a b l e r e d u c e d 1 6 ．8 9 4 k g t ha n t he o r i g i n a l wo r k t a b l e ． T h r o u g h s t a t i c a n d d y n a mi c a n a l y s i s o f t h e w o r k t a b l e c o n c l u d e d t h a t ma x i mu m d e f o r ma t i o n o f t h e p o r - O HS s t ru c t u r e wo r k t a b l e d e c r e a s e d 2 0． 5 4％t ha n t h e o r i g i n a l s t r u c t u r e，fi r s t s i x na t u r a l f r e q ue nc i e s i m p r o v e d o n a n a v e r a g e o f 8 6．9 7 Hz t h a n t he o r i g i n a l s t ru c t u r e，t h e ma x i mu m r e a c h e d 2 2．1 7％ ，a n d g i v e d t h e m a i n d e s i g n p a r a m e t e r s s q u a r e u n i t w a l l t h i c k n e s s 6 ，s i d e l e n g t h Li n f l u e n c e c u r v e o f t h e wo r k t a b l e o f t h e b i g g e s t s t a t i c d e f o r ma t i o n a n d t o t a l ma s s，i n o r de r t o p r o v i d e t he o r e t i c a l r e f e r e n c e f o r t h e f u r t h e r de s i g n a n d r e s e a r c h． K e y wo r dsLi g h t Po r o us S t ru c t u r e；Ma c h i n e W o r k Ta b l e；St a t i c An a l y s i s ；Mo d a l Ans l y s i s ；De s i g n Pa r a me t e r s 轻质多孔材料是应能源环境等的要求发展起来的 一 种材料体系 ， 要求在满足结构性 能的条件下减轻其 质量 ， 或者在特定的用量前提下充分发挥材料的性能 优点 J 。方形 多孔结构作 为一种特殊 的轻质 多孔 材 料结构 ， 是集质轻 、 比刚度 比强度高的结构性能与物理 性能于一体的新型结构 ， 被广泛应用在建筑 、 航 空 、 机 械等工程领域 。 现代制造业的发展促使高精度、 高速化成为机床 发展的主要方向之一。高速机床在大加速度下要保证 高精度就必须要求其各部件具有质量轻、 刚度高等特 点 J 。工作 台作 为高速立式加 工中心的重要 基础部 件， 减轻其质量， 提高其刚度、 抗振性等对机床整体来 说十分必要 。正方形 多孔结构 的质轻 、 高 比刚度 比强 度特点为机床工作台的设计提供 了新的思路。 1 工作台的实体建模 本文以 D V G 8 5 0高速立式加工 中心为对象 ， 根据 其工作台的实 际尺寸 ， 利用 P r o ／ E软件对原工作 台进 行了实体建模 ， 如图 1 所示。为改进工作台的结构 ， 将 原加强筋去除， 保持原始工作台的外壳尺寸不变 ， 将其 内部设计为正方形多孔结构 ， 其 中， 正方形单体壁厚 6 3 mm， 边长 L 5 3 mm， 最终设计 出的多孔结构工作 台 ， 如图2所示 。在进行建模 时， 考虑到一些细小特征 对工作台的整体性能影响很小 ， 根据圣维南原理 ， 对其 局部特征如倒角 、 螺钉孔 、 凸台等进行了简化 。 国家“ 高档数控机床与基础制造装备 ” 科技重大专项 2 0 0 9 Z X 0 4 0 0 1 0 1 4 0 2 LU 等 。 - l 0 平爿； o删 主题国家科技重大专项及相关拉 T o p ic s N a t i o n a l S c ie n c e a n d T e c h n o lo g y M a jo r P r o g r a m a n d R e la t e d T e c h n o l o g i 回转误差测试中主轴旋转方向与传感器 相互位置关系的判定研究 马晓波① 刘启伟① 张耀满② ①沈阳机床 集团 有限责任公司高档数控机床国家重点实验室， 辽宁 沈阳 1 1 0 1 4 2 ； ② 东北大学机械工程与 自动化学院， 辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 4 摘要 将 曲线的单调性理论和算法应用于主轴旋转方向与位移传感器相互位置关系的判定研究 。 在对主轴 回转误差基本误差模型分析的基础上 ， 建立了主轴旋转方 向与位移传感器测试数据单调区间的相互 关系的数学模型 ， 提出了一种根据测试结果 自动分析主轴回转方向的判定准则 ， 并通过试验进行验 证 。 试验结果与数学模型保持一致。 关键词 机床主轴 回转误差旋转方向 单调 区间 中图分类号 T P 3 1 5 文献标识码 B Re s e a r c h o n t h e s p i n d l e r o t a t i o n d i r e c t i o n a n d t h e r e l a t i o n s h i p o f mu t u a l p o s i t i o n o f s e n s o r o f s p i n d l e r o t a t i o n a l e r r o r t e s t MA Xi a o b o ① ，L I U Q i w e i ①， Z H A N G Y a o ma n ② S t a t e K e y L a b o r a t o r y ， S h e n y a n g Ma c h i n e T o o l G r o u p C o ． ， L t d ， S h e n y a n g 1 1 0 1 4 2 ，C H N； S c h o o l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n gA u t o m a t i o n ， N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y ， S h e n y a n g 1 1 0 0 0 4 ， C H N Ab s t r a c t T h e mo n o t o n i c t h e o ry a n d a l g o r i t h m o f t h e c u r v e a r e a p p l i e d i n t h e r e s e a r c h o f t h e s p i n d l e r o t a t i o n d i r e c t i o n a n d t h e r e l a t i o n s h i p o f mu t u a l p o s i t i o n o f s e n s o r o f s p i n d l e r o t a t i o n a l e r r o r t e s t ， b a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e b a s i c e r r o r o f t h e s p i n d l e e rro r mo d e l ，t o e s t a b l i s h t he r e l a t i o n s h i p o f ma t h e ma t i c a l mo d e l be t we e n t h e di r e c t i o n o f s p i n d l e r o t a t i o n a n d t he mo n o t o n i c i t y o f di s p l a c e me n t s e ns o r t e s t i n g da t a ．Ac c o r d i n g t o t h e t e s t r e s u l t s pu t f o r wa r d a k i nd o f c rit e r i a f o r a u t o ma t i c a l l y a n a l y s i s o f s p i n d l e r o t a t i o n d i r e c t i o n．An d t h r o u g h t h e t e s t ，t he e x pe r i me n t a l r e s u hs a r e i n g o o d a g r e e me n t wi t h t h e ma t h e ma t i c a l mo d e 1 ． Ke y wo r d sSp i n d l e；Ro t a t i o n a l Er r o r ；Ro t a t i o n Di r e c t i o n；Mo n o t o n e I n t e rva l 机床 主轴回转误差运动是指在主轴 回转过程 中回 转轴线偏离理想轴线位置而出现的附加运动 ， 是影响 振性能 ， 将多孔结构应用到其设计 中， 也将可能得到很 好 的效果 。 参考文献 [ 1 ] 韩志秋． 具有特定动力学特性的轻质材料系统分析设计[ D ] ． 大连 大连理工 大学 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 杨勇彬 ， 陈五一 ， 赵 大海 ． 机 床立柱 高 比刚度结构仿生设计 [ J ] ． 北京 航空航天大学学报 ， 2 0 0 8 ， 3 4 9 9 9 1 9 9 4 。 [ 3 ] 高东强 ， 毛志 云 ， 张功学 ， 等． D V G 8 5 0工 作 台静 、 动态特性 分析及 结 构改进 [ J ] ． 机械设计与制造 ， 2 0 1 1 3 1 4 6 1 4 7 ． [ 4 ] 卢秉恒， 赵万华 ， 洪军． 机械制造技术基础【 M] ． 北京 机械工业出版 社 ． 2 0 0 6 ． 国家科技重 大专项项 目 2 0 1 0 Z X 0 4 0 1 6 0 1 1 [ 5 ] 杨晓京 ， 陈子辰 ， 刘剑雄 ， 等． 基于 A N S Y S静刚度分析的 X K 6 4 0数控 铣床关键零部件优化设计[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 7 ， 3 5 9 4 2 4 5 ． [ 6 ] 刘 超峰 ， 张淳 ， 张功学 ， 等． D V G 8 5 0高 速立式加 工中心主轴 箱动 刚 度分析[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 1 0 ， 3 1 1 2 8 8 8 9 ． [ 7 ] 于英华 ， 刘建英 ， 徐平． 泡沫铝材料在机床工作 台中的应用研究[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 4 7 2 0 - 2 1 ． 第一作者 杨飞， 男， 1 9 8 8年 生， 硕士研 究生， 主要 研究方向是高速数控机床设计与逆向工程。 编辑谭弘颖 收 稿日 期 2 0 1 3 0 I 一 2 2 2 7