簡介：當今機床的發(fā)展除了要求機床重量輕、成本低、使用方便和具有良好工藝可能性外還著重要求機床具有愈來愈高的加工性能。為了保證機床具有良好的靜動剛度、動態(tài)特性、精度保持性及加工工藝性降低成本獲得較高的經濟效益需要在機床的設計過程中對機床的結構進行有限元分析和結構優(yōu)化以便能準確的發(fā)現薄弱環(huán)節(jié)實現機床結構的動態(tài)設計和優(yōu)化。副主軸箱是機床非常重要的一個部件它直接影響零件表面成形運動軌跡的準確性對機械加工精度影響很大因此有必要提高副主軸箱的剛度。本文以CW6185車床的副主軸箱為研究對象研究其結構的靜動態(tài)特性和提高其抗振性和穩(wěn)定性的主要方法。在對CW6185型車床的副主軸箱結構進行實體建模的基礎上對其進行了有限元分析通過靜力分析得到了副主軸箱結構的位移云圖和應力云圖通過模態(tài)分析得到副主軸箱結構的前10階固有頻率和振型通過諧響應分析獲得了副主軸箱結構在簡諧切削力的作用下的位移頻率曲線以此來研究其靜動態(tài)特性找出副主軸箱結構的薄弱環(huán)節(jié)確定需要改進的地方。針對有限元分析得出的結論在HYPERWKS優(yōu)化軟件中對CW6185型車床的副主軸箱結構進行了參數化建模然后在保證其精度要求和動態(tài)特性條件下本著提高經濟效益、節(jié)約成本的目的對其進行針對性的結構優(yōu)化。

簡介：類號叼C密級學位論文立式車床液體靜壓導軌的性能分析與研究乍者姓名旨導教師申請學位級別學科專業(yè)名稱論文提交日期學位授予曰期評閱人時鑫張志偉副教授東北大學液壓與氣動技術研究所碩士學科類別工學機械電子工程2010年6月論文答辯日期2010年7月2010生V7答辯委員會主席朱壓耨芥東北大學2010年6月獨創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學位論文是在導師的指導下完成的。論文中取得的研究成果除加以標注和致謝的地方外，不包含其他人己經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學位而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均己在論文中作了明確的說明并表示謝亡己恩。學位論文作者簽名叮鑫日期少M7多學位論文版權使用授權書本學位論文作者和指導教師完全了解東北大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定即學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索、交流。作者和導師同意網上交流的時間為作者獲得學位后半年口一年口一年半口學篙囂彩厴簽字日期■卅口7。U兩年匾／導師簽名茲孝，偉簽字日期D7紗、7，多’

簡介：普通車床的設計大多沿用了以往的設計思想，機床設計的理論依據不足。在整個機床的各個組成部分中，機床床身是一個很重要的大件。目前對普通車床床身的設計缺乏有效的理論依據，床身的結構設計不盡合理。而C6140車床是普通車床中的主流型號之一，因此對該車床的床身進行優(yōu)化設計有重要的實際價值。本文依據圖紙在三維建模軟件PROE中，利用零件造型模塊建立床身的三維模型。利用有限元分析軟件ANSYS將模型導入進來，建立有限元模型。然后對床身進行受力分析。床身的受力來源于床鞍、床頭、床腿。經過對三者的受力分析，建立起床身的力學模型。利用有限元分析軟件ANSYS和PROE中的MECHANICA分析模塊，分別對CD6140車床床身進行了有限元結構分析和模態(tài)分析。采用科學計算和實際經驗相結合的方法。類比同類車床床身的結構，并依據有限元分析的數據，對該床身結構進行優(yōu)化。針對CD6140車床床身提出了三個原始減重方案。依據床身的鑄造工藝、車床的實際工作狀況、剛度和固有頻率等論證每個減重方案的可行性。依據三個原始減重方案修改床身結構并分別對床身進行有限元分析，采取第三個原始減重方案為初步方案。在此基礎上又提出更加合理的結構優(yōu)化設計要求；對床身的肋板結構重新設計，并進行拓撲優(yōu)化。經過反復的結構優(yōu)化設計得到床身肋板的合理結構。綜合考慮車床的工況指標以及制造成本、鑄造工藝等因素，在不降低車床性能的基礎上得到了床身的結構優(yōu)化設計方案。通過對CD6140車床床身的有限元分析和結構優(yōu)化，減輕了車床床身的重量，節(jié)省了工程材料，床身的剛度和固有頻率等指標也得到了不同程度的提高，為同類型機床的設計生產提供了更多的理論依據。

簡介：機床主軸系統(tǒng)和進給系統(tǒng)熱變形是引起機床熱誤差（因機床各部件熱變形而引起的加工誤差）的主要原因。大量研究證實，機床熱誤差占機床總加工誤差的40％75％。高速機床轉速高，進給速度快，發(fā)熱量大。熱誤差控制及補償是提高高速機床加工精度的關鍵技術。本課題來源于“高檔數控機床與基礎制造裝備”國家科技重大專項。綜合專項要求，本文利用有限元法和實驗測試對CH7516GS系列高速切削中心熱特性進行研究，提出了高速機床熱誤差的控制方法，設計了熱變形補償系統(tǒng)。本文研究內容1、基于網格裝配思路，對主軸系統(tǒng)進行有限元網格劃分，大幅降低了大型裝配體網格劃分的難度。計入接觸熱阻，對CH7516GS高速切削中心主軸系統(tǒng)的溫度場與熱變形等熱特性進行了有限元仿真分析。采用最小二乘圓法對主軸軸線漂移進行了理論研究。2、對CH7516GS高速切削中心進給系統(tǒng)進行了熱特性分析。3、構建了主軸系統(tǒng)溫度場和熱變形實施測試系統(tǒng)。利用數字信號處理的方法對實驗數據進行處理，實驗研究了主軸熱變形和主軸端面跳動。所選測溫點被企業(yè)用于新一代高速車床。4、研究了高速機床的熱誤差控制方法，提出針對高速機床的恒溫暖機的方案，可以極大提高暖機效率，減小冷機狀態(tài)加工誤差5、在現有BP神經網絡模型的基礎上，設計了基于超磁致伸縮驅動的熱變形補償驅動器，構建了熱變形補償系統(tǒng)。本文研究結論1、高速機床主軸系統(tǒng)熱變形與轉速正相關。轉速超過3000轉分后，溫升和熱變形顯著2、高速機床主軸系統(tǒng)發(fā)熱量比普通機床大，要求高速機床有更好的熱結構和熱特性，不是普通機床的簡單升級3、主軸端面跳動隨轉速和時間的增加而逐漸減小4、恒定冷卻水溫暖機可以提高效率，減小冷機加工誤差。

簡介：隨著當今世界科技的迅猛發(fā)展和社會的不斷進步，對于機械加工尤其是精密機械加工提出了一系列較高的要求。作為加工機械的機械，機床在制造業(yè)中的角色極為重要。為了滿足現代制造高精度、高效率、低成本等要求，除了在設計和自動化技術方面不斷開拓之外，還有一個具有潛力的研究領域就是使用新型材料。傳統(tǒng)鑄鐵材料有著阻尼特性差、生產成本高等缺陷，正在遭遇越來越多的加工技術限制?，F代復合材料中的樹脂基復合材料與鑄鐵相比，具有減振性好、傳熱率低、抗腐蝕性強、制造周期短等多方面的優(yōu)點，正在逐漸取代傳統(tǒng)材料，在精密機床床身的使用材料中占據一定地位。因此研究該材料及其應用床身的性能，對于提高機床加工精度，降低制造成本乃至于推動制造業(yè)整體的發(fā)展具有重要的意義。論文首先綜合參考了國內外的研究成果，在現有的條件下制定材料的組分配比及材料制作的工藝規(guī)程，并在此基礎上制作樹脂基復合材料的試件。依托某機械公司對制作的試件進行了彈性模量、泊松比、材料阻尼、密度、線膨脹系數和導熱系數等性能的測試試驗，進行了相關的分析。將試驗測得的材料性能參數與鑄鐵材料做比較，驗證了該材料應用于機床床身的可行性。接著，以某型號精密數控車床為例，針對其加工特點和工作要求以及樹脂基復合材料密度小的特點進行床身的改型設計；對床身做了靜力結構分析和熱源分析，解決力載荷和熱載荷的簡化與施加的問題，對床身主要受力和熱源進行了計算。最后，用有限元方法分別對兩種材料的床身進行模態(tài)分析、諧響應分析、靜力結構分析、穩(wěn)態(tài)熱分析及熱結構耦合分析。通過分析結果研究了兩種材料床身的動態(tài)特性、靜態(tài)特性和熱態(tài)特性。對比二者的各項分析結果，在相同工況下樹脂基復合材料床身較鑄鐵材料床身阻尼性好、變形小、熱穩(wěn)定性優(yōu)良。證明了樹脂基復合材料應用于機床床身的優(yōu)越性。上述研究結果對于樹脂基復合材料應用于機床床身有著較好的參考價值和指導意義。

簡介：曲軸是發(fā)動機的重要部件之一，也是受力情況最為復雜的部件之一。其加工質量直接影響著發(fā)動機的整體性能，這對曲軸加工設備提出了很高的要求。在這一背景下，研究曲軸加工設備的驅動原理和方法，尋求適合的同步驅動方案，這不僅在學術上有重要價值，而且具有重大的實用意義。傳統(tǒng)的多刀車削機床，因其采取單邊驅動的方式，扭矩傳遞距離比較大，曲軸會在加工過程中產生較大的扭轉變形，影響相位角精度。本課題所研究的曲軸加工復合車床，采用雙驅動方式，由頭、尾架同步驅動曲軸旋轉。大大提高了曲軸加工精度。本論文在對傳統(tǒng)曲軸加工工藝和設備進行詳細分析的基礎上，研究了曲軸在加工過程中的受力和變形問題，提出了曲軸加工復合車床雙驅動的必要性。以曲軸加工復合車床為例，探討了雙驅動的兩種主要實現方式，并對同步精度進行分析和計算。本論文主要包括四部分內容一是曲軸受力分析及加工精度計算。對加工過程中曲軸的受力情況進行分析，得知曲軸的彎曲變形量較小，而且在精加工階段可以得到一定補償，而由扭轉變形引起的曲軸連桿頸相位角誤差較大，且在后續(xù)加工中無法得到補償。因此主要對扭轉變形進行計算，分析了其對加工精度的影響。二是雙驅動的實現方法及同步誤差分析。兩種實現機械系統(tǒng)同步的方法是機械同步和控制同步，分別對其誤差來源及誤差控制方法進行分析，提出了幾種控制方案，并對其控制效果進行分析。三是曲軸加工復合車床雙驅動系統(tǒng)若干關鍵零件的結構設計。四是曲軸相位角檢測裝置的設計及應用。傳統(tǒng)曲軸連桿頸相位角檢測方法，由于其通用性差、檢測效率低、誤差大等原因，不能滿足曲軸大批量生產時的需要。本文對傳統(tǒng)曲軸連桿頸相位角的測量方法進行了誤差分析，研究了一種測量誤差小、檢測效率高的新型數顯測量儀，并介紹了其結構原理和使用方法。論文研究內容對曲軸加工技術及汽車制造業(yè)具有實用價值，具有廣泛的應用前景。

簡介：機床是裝備制造業(yè)的母機，對國家的工業(yè)具有重要意義。顫振作為機床振動的一種形式，嚴重制約著機床行業(yè)向高效率和高精度的發(fā)展。機床發(fā)生顫振時，會造成表面質量下降，噪聲污染，甚至造成刀具等部件受損等嚴重后果。因此研究顫振機理對于控制其危害，提高機床的性能具有重要意義。本文在總結了國內外有關切削顫振機理研究基礎之上，以CA6136型車床為研究對象，設計了切削顫振試驗，整機模態(tài)試驗和刀尖敲擊試驗，以所得實驗數據為基礎，對試驗車床進行了切削穩(wěn)定性分析。首先，在不同轉速下，通過改變切削深度，使車床從平穩(wěn)切削到顫振切削，采集刀尖，主軸，尾座在各種工況下的信號，對比分析所得到的數據，確定了顫振頻率范圍。然后，以確定顫振主體為目的，先進行了整機模態(tài)試驗，以單點激勵多點響應的方法，獲得整機X向和Y向的各階模態(tài)參數，然后在刀尖敲擊試驗中，獲得了刀具的頻響函數。通過對所得結果的分析，確定了顫振主體為刀具。最后，利用所得實驗與分析結果，獲得了該車床的穩(wěn)定性葉瓣圖，結合試驗數據，對穩(wěn)定性葉瓣圖進行了詳細的分析，確定改車床在特定切削條件下的最佳主軸轉速和對應的最佳切削深度。

簡介：作為數控機床熱誤差補償關鍵技術之一的數控機床熱誤差補償建模方法研究得到了國內外學者的廣泛重視和深入研究本論文在對國內外數控機床熱誤差補償建模方法分析研究的基礎上重點對神經網絡建模方法進行了研究主要工作內容如下在對機床熱變形進行簡要分析的基礎上以大連機床有限責任公司的CL20A高速數控車床為研究對象獲取溫度和熱位移數據并用模糊聚類方法對其進行分析找出機床溫度變化敏感點。以溫度變化敏感點數據為建模依據用神經網絡建模方法進行建模和分析來獲取機床熱誤差與機床溫度敏感點之間的內在聯系和規(guī)律。建模結果顯示神經網絡技術具有很好的建模效果在建模的有效性和魯棒性方面具有其他建模方面無法比擬的優(yōu)勢。神經網絡建模方法的主要難點是訓練參數的調試選擇在建模過程中要對訓練參數進行反復調節(jié)比對驗證直至預測效果達到最佳。研究表明從對熱誤差的預報來看BP網絡可以達到60％左右與RBF網絡的45％左右以及自適應神經網絡模糊系統(tǒng)的15％左右相比要好。從建模的速度來看RBF網絡的建模速度最快BP網絡稍遜自適應神經網絡模糊系統(tǒng)時間稍長。比較而言BP神經網絡建?？傮w效果最好RBF網絡稍遜自適應神經網絡模糊系統(tǒng)效果較差。

簡介：伺服調整技術對提高數控機床的加工性能具有重要作用。本文主要研究了數控車床的伺服系統(tǒng)調整技術，目的是通過相關研究，尋求提升經濟型數控車床產品的加工性能的有效方法，本文主要內容如下以ETC1625數控車床為例，介紹了該數控車床的主要特點。分析了加工過程中遇到的振紋與暗影、圓弧過象限反向過沖、高速加工中輪廓精度偏差等與伺服調整相關的加工問題。歸納了數控車床產品常見的幾類與伺服調整有關的加工問題。論文研究了ETC1625數控車床伺服的機械結構特點及伺服裝配時的調整方法，從理論上分析了數控車床易出現伺服問題的機械部位。抽離并建立了伺服系統(tǒng)增益問題的一階數學模型，分析了位置環(huán)伺服增益參數對于伺服系統(tǒng)的調整作用。抽離并建立了受主軸振動擾動時伺服系統(tǒng)的三階數學模型，研究了伺服系統(tǒng)對外界等幅無阻尼振動的驅動參數調節(jié)情況。抽離并建立了含有機械“裝配爬行”和“不同軸”等問題的伺服系統(tǒng)的四階數學模型，分析了該類伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性與傳遞函數特征方程根的情況，并提出相應改進方案。進而從理論上分析出伺服參數整定調整研究的必要性。在理論分析的基礎上，論文先從伺服系統(tǒng)的單個部件入手，研究了針對國產數控系統(tǒng)，配置獨立的安川伺服驅動器的伺服參數整定方案，并驗證了參數整定效果。設計了應用于生產實際的“伺服裝配檢測試驗臺”，介紹了其原理，將實際伺服機械裝配效果量化、可視化，并提高了公司流量型數控車床產品的伺服機械裝配效率與質量，為公司創(chuàng)造了經濟效益。文章在上述理論分析、單個部件研究的基礎上，對文章開始部分提出的幾類帶來加工偏差的伺服問題，進行了伺服機械裝配調整及電氣參數整定相結合的現場伺服調整方案的研究，并驗證了相關調整效果。在此基礎上，為尋求通用性，論文結合我公司針對該型數控車床所進行的專項伺服優(yōu)化調整項目，研究了基于球桿儀等設備，對ETC1625數控車床進行伺服調整的整套解決方案研究了基于FANUCSERVOGUIDE軟硬件的電氣伺服參數整定方法編寫了相關參數整定用的“盲調手冊”。同時還通過樣件切削，驗證了機械調整與電氣參數整定相結合的整套伺服調整方案的效果。

簡介：數控車床的進給系統(tǒng)主要部件是滾珠絲杠其結構特點及安裝形式決定了進給系統(tǒng)傳動剛度低從而在一定程度上影響了車床的加工精度半閉環(huán)車床由于缺少光柵尺等位置檢測裝置因此進給系統(tǒng)剛度引起的加工誤差會更明顯。研究進給系統(tǒng)剛度產生加工誤差的機理對提高半閉環(huán)普通數控車床的加工精度有著重要意義。本文以實驗室自主研制的多功能數控車床為研究載體建立了內球面加工過程中考慮剛度影響的進給系統(tǒng)力學模型通過仿真研究分析了剛度產生的誤差影響提出一種誤差補償方法并進行了實驗驗證。根據實驗需求對多功能數控車床的機械本體進行了詳細設計并為車床配置了傳統(tǒng)的數控和工控機兩套控制系統(tǒng)設計了便于兩套控制系統(tǒng)轉換的控制柜并對各硬件的配置和接線進行了介紹完成了多功能數控車床的裝配和聯機調試。建立了考慮剛度影響的進給系統(tǒng)數學模型。針對較為復雜的內球面加工從工藝路線和工藝參數兩個方面分析了其加工過程建立了切削力作用下的進給系統(tǒng)受力和變形模型通過仿真研究分析了切削用量對進給系統(tǒng)受力及不同母線和材料對變形量的影響規(guī)律為誤差補償程序的編寫和實驗的開展提供依據。本文最后提出了一種分段圓弧插補、定點補償的補償方法并編寫了含誤差補償機制的內球面自動加工程序在研制的數控車床上開展了內球面加工實驗對含補償機制加工的內球面和普通加工的內球面進行了測量測量結果表面進給系統(tǒng)剛度對內球面加工存在影響通過補償機制可以在一定程度上提高加工質量。

簡介：靜壓中心架具有承載能力大、運行穩(wěn)定可靠、摩擦阻力小及剛度高等優(yōu)點，從而被廣泛應用在重型機床上。其性能的優(yōu)劣將直接影響到機床的加工精度和效率。而靜壓中心架的油膜潤滑性能和支承性能直接影響中心架的性能、可靠性和壽命。因此本文以理論分析和數值模擬為基礎，對中心架的間隙油膜進行研究。通過對靜壓中心架間隙流體的速度場、壓力場和溫度場進行模擬來優(yōu)化托瓦結構，為中心架油腔結構的優(yōu)化提供準則，提高重型鏜車床中心架的工作效率。以計算流體力學、摩擦潤滑理論和靜壓技術為理論基礎，總結國內外徑向滑動軸承的研究現狀，詳細研究靜壓中心架的潤滑機理和靜壓支承原理，制定具體的研究方案。對靜壓中心架中間托瓦的結構設計進行詳細的分析。包括油腔形狀，油腔數目，油腔深度，進油口位置。給出數值模擬基本假設條件，CFX有限體積法的控制方程。建立靜壓中心架中間托瓦和托瓦間隙油膜的三維模型，用ICEMCFD對油膜進行網格劃分?；谟嬎懔黧w力學和有限體積法，擬定合理的邊界條件。數值模擬，得到間隙油膜在不同油腔深度，不同進油孔位置，不同油腔形狀下的速度場，壓力場，溫度場等潤滑性能及支承特性。揭示了轉速對油膜溫度和油腔壓力的影響規(guī)律，進油口位置的布置應遵循離回油槽或出口較近的原則，指出油腔深度的減小會引起油腔動壓效應。比較扇形腔、圓形腔和矩形腔油膜的承載能力，得出在低轉速下扇形腔具有最好的承載性能。但隨轉度的提高扇形腔的溫升很大，在高轉速下，矩形腔托瓦的支承性能最好，最差的是圓形腔。本文對中心架的結構進行分析研究，為中心架的支承特性研究提供一定的理論基礎，為重型鏜車床中心架托瓦的油腔結構優(yōu)化提供理論依據。

簡介：我國數控技術的發(fā)展起步于上世紀中期，通過一系列數控技術的引進，消化吸收和科技攻關，數控技術和數控產業(yè)取得相當大的進步，尤其近幾年，我國數控產業(yè)規(guī)模增長極為迅速。但是，長期依賴進口導致我國數控機床整體實力偏低，特別是高檔數控機床尤為明顯，缺乏與國際市場的競爭力，究其主要原因是缺乏研究的持續(xù)性、缺乏數控技術人才和服務意識，以及國家重視力度不夠等。論文通過一系列計算確定了CJK5116A數控立式車床的動力參數，完成其傳動機構的設計，并通過有限元法對齒輪軸進行了校核，同時利用仿真分析驗證了傳動機構的傳動比，結果確定了設計數據的準確。利用有限元方法實現了機床結構的動力學分析，確定了機床的有限元模型，并分析了諧響應和隨機振動對機床結構的影響，提出如何避免出現這些破壞機床結構的因素。通過拓撲優(yōu)化方法對機床立柱進行了優(yōu)化設計，分析結果表明，優(yōu)化后的立柱同樣能夠滿足要求。此外論文中還進行了刀架絲桿的設計及其電機的選型，確定了絲桿的型號，并且通過運動學分析了其在實際使用中不存在爬行現象，從而保證使用的精度。對于機床導向部分，論文中選擇的是矩形截面導軌，通過定位原理確定其可以達到準確導向的目的，通過斜鑲條來調節(jié)其間隙，使精度能得以保證。

簡介：隨著超精密加工技術的發(fā)展，對機床進給精度的要求越來越高。如何實現大載荷，大行程，高精度進給成為了當前研究熱點，采用宏微驅動進給系統(tǒng)是解決這一問題的有效途徑，由宏驅動實現加工尺寸及輪廓，由微驅動進行尺寸、輪廓的誤差補償，達到超精密加工要求，在大行程高精度加工領域，宏微驅動進給系統(tǒng)受到越來越多的關注并且得到了廣泛的應用。宏微雙驅動技術對提高機床進給系統(tǒng)精度，改進超精密位置控制系統(tǒng)，具有很高的實用價值以及廣泛的應用前景。本文在深入了解國內外超精密機床及宏微驅動技術研究的基礎上，構建了基于伺服電機和壓電陶瓷致動器驅動的宏微雙驅動高精密數控車床進給系統(tǒng)。對車床實驗臺的柔性導軌進給方向剛度進行了理論計算，并利用ANSYS有限元分析軟件對其進行了靜態(tài)分析、模態(tài)分析，利用FUTEKLCM500力傳感器和電感測微儀測定了柔性導軌進給方向及其他幾個方向的剛度。柔性導軌剛度測定實驗表明，柔性導軌在進給方向上具有很好的導向精度，分析了基于壓電致動器微進給裝置力學特性，通過實驗對微進給裝置在不同工作位移處的最大承載能力進行了測定，該實驗結果表明基于壓電陶瓷致動器微進給裝置完全可以滿足車床工作負載要求。總結了微進給裝置裝配方法并對微進給裝置裝配精度進行了測定。調試了基于PMAC運動卡車床實驗臺數控系統(tǒng)，并對該控制系統(tǒng)各部分實現功能和作用進行了闡述，對車床實驗臺X，Z軸宏動伺服電機進行了PID整定，以車床實驗臺X軸為研究對象，利用激光干涉儀對其宏動定位誤差進行了測定和補償。提出了宏微連續(xù)控制方案，并通過實驗對該控制方案的控制精度進行了測定，驗證了該方案的可行性及有效性。

簡介：大功率船用柴油機是船舶的關鍵設備，然而此領域基本上長期由MANBW和WARTSILA兩大國外巨頭壟斷。雖然我國造船量約占世界市場份額的40％，但大功率船用柴油機有70依賴國外進口。特別是受進口限制，我國海軍艦艇的發(fā)動機必須國產化。如果發(fā)動機的功率達不到先進水平，艦艇速度就難以與敵艦抗衡，就會在局部戰(zhàn)爭中處于被動挨打的地位。活塞是對發(fā)動機性能有決定性影響的關鍵零件。大功率船用柴油機對活塞加工提出了更高的技術要求活塞的缸徑大大增加；活塞的變橢圓型面更加復雜、精度更高；活塞的環(huán)槽精度以及關鍵型面之間的位置精度大大提高。本文主要針對上述大功率船用柴油機活塞的車削加工技術問題進行研究，開發(fā)一種專用于大功率船用柴油機變橢圓活塞加工的數控車床。本項目綜合SIEMENS840D數控技術、PLC技術、VB上位軟件技術、DSP與CPLD等技術組成一套完整的綜合性高性價比數控機床控制系統(tǒng)。討論了如何設計以840D數控系統(tǒng)作為控制核心，采用高頻響音圈式直線電機實現X2AY2B1等變橢圓異形截面的加工，并采用并聯橫滑板安裝8工位刀塔在一次裝夾中完成活塞外圓型面、環(huán)槽及頂面的高精度加工。本設計開發(fā)了高精度、大剛度、高頻響音圈式直線電機及功放用于大活塞變橢圓型面的加工，其中直線電機及驅動器系統(tǒng)的靜剛度大于100NΜM，頻響不低于450HZ3DB時，最大加速度98MS2，定位精度0002MM，重復定位精度0001MM，峰值推力不小于1000N；本設計還建立了變橢圓活塞型面數學模型，開發(fā)大活塞外圓曲面數據處理軟件，能夠處理一次橢圓X2AY2B1的活塞截面形式；另外，本設計還在數控系統(tǒng)中嵌入以DSP為核心的高實時性直線伺服控制單元，專門用于直線電機的跟隨控制，通過在直線伺服卡中植入活塞外圓加工控制模塊，直線電機軸的位置伺服周期小于10ΜS，并且數控系統(tǒng)通過PCI總線與直線伺服卡集成，在活塞加工過程中實現信息的交互。該項目為長沙一派數控有限公司申請的國家級重大專項。經過長達兩年多的努力，該項目現已通過了陜西重型柴油機有限公司有關專家的驗收，各項性能指標基本達到設計要求，實現了達Φ500MM級活塞的國內非圓加工能力，為我國大功率船用柴油機領域的發(fā)展打下了一定的基礎，在一定程度上突破了國外對我國相關行業(yè)的壟斷和封鎖，為我國的經濟和國防建設做出了一定的貢獻。

簡介：CK61125數控車床在投入加工生產之前，為了驗證其在實際生產中是否能滿足強度和剛度的要求，是否具有良好的動態(tài)性能，是否能滿足實際加工生產的加工精度要求，要對其進行一定的理論或實驗分析。主軸箱作為數控車床的關鍵部件，其自身的機械性能對數控車床的加工精度和壽命有著重要的影響，因此本文基于ANSYSWKBENCH對CK61125數控車床主軸箱進行了系統(tǒng)的有限元分析。在充分考慮CK61125數控車床主軸箱的實際幾何形狀，邊界條件和工況載荷等的基礎上，對主軸箱進行了一定的簡化。運用PROENGINEER建立了數控車床主軸箱的實體模型，簡化了有限元分析的計算。在劃分主軸箱網格時，使用有限元素收斂法確定主軸箱的網格單元尺寸，大大增加了有限元分析結果的精確性。通過對主軸箱進行靜力分析，得到了主軸箱的應力應變值，驗證了所設計的主軸箱滿足靜態(tài)剛度和強度的要求。主軸箱體具有較高的抵抗破壞和變形的能力，箱體的剛性和強度較好，但是設計過于保守。通過對數控車床主軸箱進行有限元模態(tài)分析，得到了主軸箱的前12階固有頻率和振型，得知固有頻率較高，可以避免與其它物體發(fā)生共振；并找到了主軸箱的薄弱環(huán)節(jié)，為主軸箱的合理設計提供了理論依據，為主軸箱后續(xù)的諧響應分析奠定了基礎。通過對數控車床主軸箱進行諧響應分析，得到了主軸箱在激振力頻率下的響應和振動頻率響應曲線。綜合以上分析，主軸箱滿足自身的性能要求，并確定了主軸箱最主要的薄弱環(huán)節(jié)位于主軸箱中部的支撐筋板部位，在此部位進行結構改造，可以提高主軸箱的性能，進而提高數控車床的加工精度和壽命。為了提高主軸箱的性能，在主軸箱箱體中部的支撐筋板處合理設置加強筋，對主軸箱進行了結構改造。為了驗證這種方案的可行性，對改造后的主軸箱再次進行了系統(tǒng)的有限元分析，并與改造前作出比較。通過比較得出，改造后的主軸箱靜態(tài)剛度和強度得到了提高，在激振力作用下發(fā)生受激振動時的響應位移減小，改造后的主軸箱在結構上沒有發(fā)生大的改變，但是其動態(tài)性能得到了提高，因此這種改造方案是經濟的，是切實可行的。