基于机床装配序列模态测试的绿色制造技术研究.pdf

主题绿色翻造技术 l t o p es 13 re e n Ma n u t a c t u r ln g I e c h n o lo q y 。 基于机床装配序列模态测试的绿色制造技术研究 赵 峰 周雪钢 艾 爽 马晓波 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 摘要 以一台立式加工 中心为研究对象， 对机床装配各环节的模态参数进行分析研究 ， 建立了机床的模态 分布表 ， 给出每个部件和结合面对整机动态特性 的贡献量分析 ， 精确地找到机床整机的薄弱环节。 通过对装配环节中工艺进行绿色制造技术优化 ， 改进结构上的薄弱环节实现绿色制造 ， 提升机床整 机动态特性。 关键词 装配序列 结合面模态分布表绿色制造 中图分类号 T G5 O 2 ． 6 文献标识码 B S t u d y o f g r e e n ma n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g y b a s e d o n mo d a l t e s t i n g o f ma c h i n e a s s e mb l y s e q u e n c e ZHAO Fe n g，ZHOU Xue g a n g，AI S h ua n g，MA Xi a o b o 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 Ab s t r a c t T h i s p a p e r t a k e s a v e r t i c a l ma c h i n i n g c e n t e r a s a n e x a mp l e ，mo d a l i n f o r ma t i o n o f d i f f e r e n t s t e p s i n ma - c h i ne t o o l a s s e mb l i n g wa s f u l l y s t u di e d a n d a mo d a l d i s t r i b u t i o n t a b l e wa s e s t a bl i s h e d．Th e we a k l i n k s o f t h e o v e r a l l m a c h i n e w e r e fo u n d e x a c t l y b y a n a l y z i n g c o n t r i b u t i o n s o f e a c h p a rt a n d j o i n t m a d e f o r t h e d y - n a mi c p e rfo r ma n c e o f t h e o v e r a l l ma c h i n e． Gr e e n ma n u f a c t u r i n g t e c hn o l o g y o f t h e a s s e mb l y p r o c e s s i s o p t i mi z e d t o i mp r o v e t he we a k l i n k s t o r e a l i z e g r e e n ma n u f a c t u r i n g t h us t o e n h a n c e t h e d y na mi c b e h a v i o r o f t he o v e r a l l ma c h i n e ． Ke y wo r d s As s e mb l y S e q u e n c e ；J o i n t s I n t e rfa c e ；Mo d a l D i s t r i b u t i o n T a b l e ；Gr e e n Ma n u f a c t u r i n g 目前 ， 绿色制造理论对机械加工系统提出了更高 的要求 ， 具有节约能源、 降低噪声 、 环境清洁和安全等 良好绿 色特 性 是机 械 加工 系 统未 来 发展 的必然 趋 势⋯。在国内机床行业 ， 机床 的装配工艺设计主要是 满足几何位置精度要求的装配， 忽略了装 配工艺对机 床动态性能的影响， 而机床 的动态性 能将直接影响加 工状态和加工质量 J ， 机床经常 由于部件之间结合面 装配出现问题而引起切 削振动 ， 并且无法确认问题 根 源 ， 遇到此类 问题往往需要将机床拆卸 ， 逐个零部件排 除故 障， 浪费大量人力 和时 间。目前对此类 问题的研 究国内外都很少涉及 ， 但 解决此类 问题对 同类型机 床 故障诊断有很大帮助。 建立机床 的有限元模型 ， 通过仿真结果来改进机 床结构， 使用较小的成本和很少的资源， 实现机床的优 化设计， 完成机床的绿色制造。罗筱英 等利用 A N ． S Y S对某数控螺旋锥齿机主轴系统进行建模 ， 通过增 加支撑刚度 、 增大主轴跨距来提高主轴系统动态特性 ， 从而改善加工性能 ； 袁松梅 等利用商用有限元软件 建立了一龙 门铣床的有 限元模型 ， 并对有限元模 型进 行静 、 动态分析 ， 找出几次的薄弱环节为主轴箱 的抗扭 刚度 、 滑动箱 的 向刚度和立柱的 l ， 向刚度。本文 以 一 台立式加工中心为研究对象 ， 首先 ， 完成依据装配序 列的模态测试 ， 在装配过程 中每步工序完成后进行模 态实验 ； 其次 ， 机床安装完毕后 ， 通过测试获得整机结 构的模态分布表 ， 精确地找到机床整机的薄弱环节 ； 再 次 ， 在全面考虑装配过程中各结合面受力 、 接触状态的 演变的基础上 ， 建立精 准的有 限元模型 ； 最后 ， 结合有 限元计算 ， 利用仿真结果优化装配工艺 ， 实现绿色制造 工艺优化 ， 提高机床整体 的动态性能 ， 以提高机床切削 过程 中的抗振性。 国家重大专项“ 动力伺服刀架的动态可靠性与可靠性灵敏度设计及试验技术” 2 0 1 0 Z X 0 4 1 4 0 0 1 4 7 3 机床轻量化设计基本单元物理性能与数据库的研究 董惠敏① 邢俏芳① 王德胜② 姜怀胜② 王德伦① 申会鹏① 孙 颖② ①大连理工大学机械学院， 辽宁 大连 1 1 6 0 2 4 ； ②大连机床集团有限责任公司， 辽宁 大连 1 1 6 6 2 0 摘 要 探讨机床轻量化单元设计技术， 研究壁板类单元的结构性能 ， 构建机床轻量化设计基本单元数据库 ， 为机床支承件轻量化设计提供科学依据。通过研究实际工程应用中机床支承件的内部结构特征， 提 出机床轻量化壁板类单元概念 ， 抽象出 7种壁板类基本单元 ， 建立壁板类基本单元型谱。基于 A N- S YS有限元分析方法 。 建立 7种壁板类基本单元的参数化物理模型。在基本单元尺度参数和质量相 同情况下。 分别研究 了7种壁板类基本单元的静动态性能。得到各种基本单元的拉、 压、 弯、 扭静态 性能， 以及动态基频分布规律 ， 为机床轻量化数据库提供数据来源。 关键词 机床轻量化壁板类单元静态性能 动态性能 数据库 中图分类号 T G 5 0 2 文献标识码 A Ph y s i c a l p r o p e r t y o f b a s i c u n i t a n d d a t a b a s e i n ma c h i n e t o o l l i g h t we i g h t d e s i g n DONG Hu i mi n① ，X I N G Q i a o f a n g ①， WA N G D e s h e n g ②， J I A N G H u a i s h e n g ②， W ANG De l un ① ， S HEN Hu i p e n g ① ， S UN Yi n g ② S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， D a l i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， D a l i a n 1 1 6 0 2 4 ， C HN； D a l i a n M a c h i n e T o o l G r o u p C o ． ， L t d ． ， D a li a n 1 1 6 6 2 0 ， C H N Ab s t r a c t T o p r o v i d e t h e s c i e n t i fi c b a s i s f o r ma c h i n e t o o l s t r u c t u r e l i g h t w e i g h t d e s i g n，t h e ma c h i n e t o o l l i g h t we i g h t u ni t d e s i g n t e c hn o l o g y i s e x p l o r e d．The s t r uc t u r e p e rfo r ma n c e o f p a n e l -t y p e u n i t i s i n v e s t i g a t e d ． Th e ba s i c u n i t d a t a b a s e f o r t h e ma c h i n e t o o l l i g h t we i g h t d e s i g n i s c o n s t r uc t e d．Th r o u g h r e s e a r c h i n g t he i n t e r n a l s t r u c t u r e f e a t u r e o f ma c h i n e t o o l c o mp o n e n t s i n p r a c t i c a l e n g i n e e r i n g a p pl i c a t i o n， t h e c o n c e p t o f l i g h t we i g h t p a n e l t y pe u n i t i s p r o p o s e d．S e v e n ki n ds o f p l a n e t y p e b a s i c u n i t s a r e a b s t r a c t e d，a n d t h e p l a n e-t y p e b a s i c u n i t s p e c t r u m i s e s t a b l i s h e d ． Ba s e d o n ANS YS fi ni t e e l e me n t a n a l y s i s me t h o d，t h e s e v e n k i n d s o f p a r a me t r i c p h y s i c a l mo d e l s wi t h p l a n e t y p e b a s i c u n i t a r e b ui l t ．I n t h e s i t u a t i o n o f b a s i c u n i t wi t h s a me d i me n s i o n p a r a me t e r s o r s a me ma s s ，t h e s t a t i c a n d d y n a mi c p e r f o r ma n c e s o f s e v e n k i n d s o f p l a n e t y p e ba s i c un i t s a r e s t u d i e d r e s p e c t i v e l y ．Th e s t a t i c p r o pe r t y o f e a c h k i n d o f b a s i c u n i t i n p u l l ， p r e s s ，b e n d a n d t wi s t ，a s we l l a s t h e d y n a mi c b a s e e q u e n c y d i s t r i b u t i o n r u l e a r e o b t a i n e d，wh i c h p r o - v i d e s t h e d a t a s o u r c e s for t h e ma c h i n e t o o l l i g h t we i g h t d a t a b a s e ． Ke ywo r d sMa c h i n e To o l Li g h t we i g h t ；P a n e l - t y p e Un i t ；S t a t i c Pe rfo r ma n c e；Dy na mi c P e rfo r ma n c e；Da t a b a s e 随着国民经济的发展和绿色制造理念 的推进 ， 机 床在保精度的情况下实现机床支承件轻量化设计 福 州大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 3 ， 3 1 2 6 9 7 2 ． [ 3 ] 罗筱英， 唐进元． 结构参数对砂轮主轴系统动态性能的影响[ J ] ． 机 械工程学报， 2 0 0 7 ， 4 3 3 1 2 8 1 3 4 ． [ 4 ] 袁松梅， 林继杰， 刘强． 数控机床整机有限元分析[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 8 ， 3 6 4 1 7 1 8 ． [ 5 ] 冈本纯三． 球轴承的设计计算[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 3 ． 编辑 汪 艺 收稿 日期 2 0 1 2 1 0 0 8 2 0 1 2绿 色制 造技 术论坛 论 文 文章编号． 1 2 l 2 如果您 想发 表对本文豹看法- 请 将文章编号填入读者意见调查袭中的相应位置。 国家高技术研究发展计划 8 6 3计划 机电产品绿 色制造基础数据库与采 集评测系统开发一机床轻量化设计 数据库技术研究 2 0 1 2 AA 0 4 0 1 0 1 - 3 ， 国家科技支撑计划 “ 机床轻量化设计 的‘ 概念一 单元 ’ 技术及应用” 2 0 1 1 B A F 1 1 B 0 3 ＼ 一 ‘ u I ‘ 0 ‘