不同工况下转台动静态特性分析与轻量化设计

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

转 台是加工 中心不 可缺 少 的重 要功 能部 件之-，用于 固定待加工件。转 动的主要优点是可扩大机床的加T范围 ，- 次装 夹后 可对待加工件 的多个面进行加工 ，从而缩短加 工中心的辅助时 间并提高加工效率。转台的强度和刚度直接影响整机的加工精度 ，因此 国 内外学者对其进行 了深 入的研 究。魏旭壕 通过对液体静压支承转 台进行动力学分析为转台优化设计 提供 了基矗胡迎春 等 结合有 限元分析与拓扑优化实现 了结构的轻量化设计 。J.-P.

Ponthot等 提出了-种用于结构优化 的级联优化方法。Chun Zhang等 通过多 目标优化 方法对高速加工中心的主轴箱进行 了结构优化。

本文在以往研究成果基础之上，对德阳迪泰机械有限公司与德 国 SCHESS公司共 同研发的某重型数控桥式铣 车加 工 中心 的转 台进行静 、动态特性分析与轻量化设计的研究与实践。

1 转台静力学分析1-1 转台几何模型的建立由于转台内部结构比较复杂，用 ANSYS建模相对繁琐，因此选用 SolidEdge软件建立转 台的几何模型。在建模过 程中，对-些不重要 的细节特征进行了简化，如螺纹孔、润滑孑L等。

1.2 设置材料信息与网格划分转台的材料为球墨铸铁 QT600.3，主要材料属性如下：密 度 7200kg/m ，弹 性 模 量 174GPa，泊 松 比0.275，抗拉强度 600MPa，抗压强度 870MPa。对转台进行网格划分时，选用 3D实体 Solid 187四面体单元 ，每个单元体有 10个节点。采用自由网格划分方式，网格划分后的有限元模型如图 l所示。网格划分后的有限元模型共有 1874001个节点，1093473个单元。

收稿 日期 ：2Ol2-12-23基金项目：国家重大科技专项资助项目2012ZX04011-031；四川势技支撑计划项目资助2011GZ0075；2010GZ0250作者简介：郑彬1979-，男，四川攀枝花人，四川大学制造科学与丁程学院博士研究生，主要从事大型数控机床动力学分析与结构优化方面的研究，Ep>

2013年8月 郑 彬，等：不同工况下转台动静态特性分析与轻量化设计 ·l5·上接第 11页E图 8 误差 测量值及两种误差模型预测值对 比曲线表4 误差模型预测残差统计数据对比/ m模型 绝对值最大值 平均值 标准偏差自然指数模型 1.4l 0.09 0.78多元 回归模 型 4.3O -2.31 1.25吕j1；j图 9 补偿前后 轴 定位误差 曲线对 比本试验用 自行研发 的机床误差实时补偿系统通过数控系统提供的外部机械原点偏移功能 对定位误差进行实时补偿 ，补偿前后的定位误差 曲线 如图 9所示。值得注意 的是 ，补偿 后的 轴定 位误差值和图 8及表 4中的自然指数模型预测值残差略有不 同，这是因为补偿 精度不 仅取 决于误 差模 型 的预测精度，还和机床的伺服系统控制参数、运动部件的惯性、部件间的摩擦 系数等因素密切相关。尽管如此 ，通过误差补偿也可将 轴定位精度提高约 9l%，补偿前定位误差绝对值的最大值为 29.9 m，补偿后最大值仅为 2.5 m。因此误差实时补偿试验证 明：该误差模型及其补偿方案具有较高的应用价值。

4 结束语本文通过对机 床定位误差进行测 量、建模 和补偿研究 ，可以得到如下结论 ：1机床定位误差不仅受到机床零部件加工精度 、装配精度等因素 的影响 ，而且受到机床温度场变化的影响。

2基于 自然指数模型 的机床定位误差建模方法可以描述 热误差 和温度 场之 间的非线 性变 化规律 ，在从机床冷态开始到热平衡 的整个过程 中均具有较高的预测精度。该模型可以根据不同的环境温度和丝杠螺母 温度对定位误差做 出预测 ，通过实时误差补偿能够大幅提高机床运动精度。