《高檔工具機運動結合部的非線性振動分析與最佳化設計研究》是依託東北大學，由孫偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高檔工具機運動結合部的非線性振動分析與最佳化設計研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫偉
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在高檔工具機設計過程中，由於結合部特別是運動結合部（導軌結合部和主軸系統結合部）直接決定和影響著工具機的剛度、阻尼、加工精度和工作效率，因此迫切地需要建立起結合部的振動分析理論以指導設計。但是，由於結合部存在著變剛度、變阻尼、遲滯等非線性行為，使結合部的振動分析變得非常困難。由於技術條件限制，目前學者多是基於線性等效進行研究，其研究結果與實際相比往往有很大的誤差。為此，本項目將結合國內外動力學、計算與測試技術的最新發展，選用某高速工具機為研究對象，從非線性性角度進行研究，內容包括：對運動結合部進行振動測試與分析，表徵結合部的非線性振動現象；利用非線性振動理論和非線性有限元對結合部進行建模、參數辨識及回響分析；以提高工具機抗振性和穩定性為目標，進行結合部的最佳化設計研究。通過本項目的研究，將提出一套基於非線性的工具機運動結合部振動分析新體系，從而為更好地設計及最佳化高檔工具機結構性能和提高其加工精度服務。
結題摘要
在高檔工具機設計過程中，由於結合部特別是運動結合部直接決定和影響著工具機的剛度、阻尼、加工精度和工作效率，因此迫切地需要建立起運動結合部的振動分析理論以指導設計。本項目分別以主軸系統結合部與導軌系統結合部為象，在考慮結合部結構形式和非線性振動特點的基礎上，開展了考慮結合部的主軸和導軌系統的動力學建模、分析以及相關測試方法的研究。 圍繞高檔數控工具機的主軸系統，所完成的研究內容包括：考慮主軸-刀柄-刀具結合部動力學的阻抗耦合子結構法建模與有限元法建模；基於所創建的模型，分析了轉速、結合部參數等對主軸系統動力學特性的影響規律；面向真實數控工具機主軸系統，進行了高速主軸系統的動力學特性、非線性回響、切削穩定性及非線性穩定性的預估研究，並進行了試驗驗證。研究表明，主軸-軸承結合部、主軸-刀柄-刀具結合部對高速主軸系統動力學特性、非線性回響及切削穩定性都具有顯著影響。 圍繞數控工具機的導軌系統，所完成的研究內容包括：提出了多種導軌結合部建模方法，例如彈簧-阻尼模型、假想材料模型、解析模型等；引入導軌結合部模型，分別採用解析和有限元法，完成了直線滾動導軌系統靜力學及動力學建模；分析了導軌結合部對工具機整機及部件系統動力學特性的影響，並進行了試驗驗證。研究表明，考慮導軌結合部特性，可有效提高直線滾動導軌、工具機整機及部件系統動力學分析的精度。 此外，還進行了與數控工具機主軸系統結合部、導軌結合部動力學特性研究相關的一些研究，例如，數控工具機動力學特性測試方法、整機工程化分析方法、固定結合部非線性參數辨識方法等。這些研究對於研究結合部動力學特性具有一定的促進作用。 通過本項目的研究，提出了一套考慮結合部特性的工具機主軸系統、導軌系統振動分析的新方法，為更好地設計及最佳化高檔工具機結構性能和提高其加工精度提供了技術支持。在研究中，共發表學術論文21篇（其中含錄用3篇），已被EI檢索9篇；培養了博士研究生1名，碩士研究生3名。按照項目的研究軌劃，已完成了所指定的全部研究內容，並達到了預期的成果。
