高速龙门五轴加工中心静刚度分析与结构优化
五轴数控机床空间定位精度改善方法研究现状
五轴数控机床空间定位精度改善方法研究现状
随着数控技术的发展，五轴数控机床被广泛应用于制造业。
五轴数控机床具有加工多
曲面、加工复杂的零件形状等特点，但与之相关的空间定位精度问题一直是制约其加工精
度和效率的瓶颈之一。
因此，如何提高五轴数控机床的空间定位精度一直是研究的热点问
题之一。
1. 结构优化法
结构优化法主要是通过修改五轴机床的结构以改善其空间定位精度。
该方法主要包括
优化设备刚度，改善设备的动态特性以及改善设备的制造精度等措施。
其中，优化设备刚
度是最常见的方法，包括增加设备的刚度、减小设备的振动等。
2. 控制算法优化法
控制算法优化法是通过改善五轴机床的运动控制系统以提高其空间定位精度。
该方法
主要包括优化运动控制算法、提高控制精度、改善控制延迟等措施。
其中，控制算法的优
化是最常见的方法，包括模型预测控制、自适应控制、扰动观测控制等。
3. 传感器检测法
传感器检测法是通过增加传感器来检测五轴机床的运动状态以提高其空间定位精度。
该方法主要包括增加位移传感器、角度传感器、加速度传感器等。
其中，增加位移传感器
是最常见的方法，可以通过测量五轴机床各关节的位移信息来计算出五轴机床的位置信息，从而提高其空间定位精度。
总的来说，以上三种方法都可以有效地提高五轴数控机床的空间定位精度。
但具体选
择哪种方法，需要结合具体的应用场景，进行综合考虑，并进行实验验证。
未来，五轴数
控机床空间定位精度改善方法的研究还将继续发展，持续推进高精度加工技术的发展。
大型龙门式加工中心对加工精度的影响分析
大型龙门式加工中心对加工精度的影响分析概述：大型龙门式加工中心是一种高精度加工设备，广泛应用于航空航天、汽车制造、模具加工以及其他大型工件加工领域。
本文将探讨大型龙门式加工中心对加工精度的影响因素，并分析其对加工精度的影响程度。
1. 加工材料加工材料是大型龙门式加工中心对加工精度的重要影响因素之一。
不同材料的物理性质不同，对工具刀具的磨损及切削力产生不同影响。
对于硬度较高的材料，如钢材，加工过程中产生的热量更大，导致工件变形和热应力增加，从而对加工精度产生较大的挑战。
2. 设备刚性大型龙门式加工中心的刚性对加工精度具有决定性影响。
刚性较好的加工中心能够有效抵抗切削力和振动，减小变形和振动造成的误差。
高刚性的龙门式加工中心通常采用铸铁或钢材制作主体结构，并配备有稳定的支撑和导轨系统，以确保高精度的加工。
3. 主轴精度主轴是大型龙门式加工中心的核心部件，直接决定了加工精度。
主轴的精度取决于其制造质量、动平衡性以及温度控制等因素。
高精度的主轴可以提供更加稳定的转速和切削力，确保加工过程中的精度和表面质量。
4. 控制系统控制系统是大型龙门式加工中心的大脑，对加工精度起着关键作用。
一流的数控系统能够实现高速、高精度的运动控制，降低因控制误差而引起的加工误差。
同时，良好的控制系统还应能够对温度、湿度和外部干扰等环境因素进行实时监测和调整，保证加工精度的稳定性。
5. 夹具设计夹具的设计合理与否直接影响工件在加工过程中的稳定性和精度。
夹具应能够确保工件的正确定位和稳固固定，同时尽量减少对工件表面的干预，避免引入新的误差。
6. 刀具选择与刀具磨损刀具的选择和磨损情况对加工精度也有较大影响。
合适的刀具选择可以降低切削力、减少加工振动，提高加工精度。
此外，刀具磨损会导致刀具直径减小、刃口形状不规则，进而影响加工质量。
因此，对刀具的定期检查和更换是确保加工精度的重要措施之一。
7. 加工策略与工艺参数合理的加工策略和工艺参数是确保加工精度的重要因素。
超重型龙门式加工中心的结构设计与优化
超重型龙门式加工中心的结构设计与优化随着制造业的发展以及对加工精度和效率的要求不断提升，超重型龙门式加工中心作为一种重要的设备在工业生产中扮演着重要的角色。
本文将就超重型龙门式加工中心的结构设计与优化进行探讨，以满足高精度、高效率的加工要求。
超重型龙门式加工中心的结构设计是整个设备设计的关键，它直接影响到设备的性能和稳定性。
在设计时，需要充分考虑以下几个方面：首先，要充分考虑刚度和稳定性。
超重型龙门式加工中心在加工过程中需要承受较大的切削力和惯性力，因此结构需要具有足够的刚度和稳定性，以确保加工精度和表面质量。
在设计时，可以采用梁式结构，增加横梁和支撑柱的数量和截面尺寸，以提高整个结构的刚度。
其次，要考虑设备的负载能力和运动平稳性。
超重型龙门式加工中心通常需要加工较大尺寸的工件，因此结构需要具有足够的负载能力，以支撑工件的重量和加工力。
在设计时，可以采用双柱龙门式结构，增加纵梁和支撑柱的截面尺寸和数量，以增加结构的负载能力。
同时，还可以采用滚动导轨和滚珠丝杠等技术，以提高设备的运动平稳性和精度。
另外，要考虑设备的刚性和动态特性。
超重型龙门式加工中心在加工过程中会产生较大的振动和冲击力，因此结构需要具有足够的刚性和抗震性。
在设计时，可以采用箱型梁或闭式结构，增加结构的强度和刚性。
同时，还可以采用减震器和振动消除技术，以降低设备的振动幅度和噪音，提高加工精度和表面质量。
最后，要考虑设备的维修和保养便捷性。
超重型龙门式加工中心通常由多个部件和机构组成，因此在设计时需要考虑设备的维修和保养便捷性。
在设计时，可以采用模块化设计和标准化部件，以方便维修和更换。
同时，还可以加装传感器和监测装置，实时监测设备的运行状态，及时发现故障并进行维修。
除了结构设计，超重型龙门式加工中心的优化也是提高设备性能的重要手段。
在优化过程中，可以从以下几个方面进行改进：首先，可以优化加工工艺和刀具选择。
通过合理选择加工工艺和刀具，可以降低切削力和热变形，提高加工精度和表面质量。
龙门加工中心横梁组件静动态分析及结构改进
为横 梁 组 件 结 构 设 计 提 供 了 理 论 依 据 。
关键 词 ： 龙 门加 工 中心 ； 横 梁组件 ； 有 限元 分析 ； 结 构改进
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｇ ａ ｎ ｔ ｒ ｙ ｍ ａ ｃ ｈｉ ｎｉ ｎｇ ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ｏ ｓ ｓ ｂ ｅ ａ ｍ ａ ｎ ｄ ｕ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｉ ｉｅ ｆ ｄ ｃ ｒ ｏ ｓ ｓ ｂｅ ａ ｍ
中图分 类号 ： Ｔ Ｇ ５ ０ ２ 文献 标 识码 ： Ａ
Ｆｉ ｎｉ ｔ ｅ Ｅｌ ｅ ｍｅ ｎｔ Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎｄ Ｓｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ Ｉ ｍ ｐｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｇａ ｎ ｔ ｒ ｙ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎｉ ｎ ｇ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ Ｃｒ ｏ ｓ ｓ ｂ ｅ ａ ｍ Ｃｏ ｍ ｐｏ ｎｅ ｎｔ
ｃ ｏ ｍ ｐｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ７ ． ６％ ，ｆ ｉｒ ｓ ｔ ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｍ ｏｄ ａ ｌ ｒｅ ｆ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｂｙ １ ７ ． ２％ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ —
高速龙门铣床五轴联动的结构设计
高速龙门铣床五轴联动的结构设计摘要：对现在机床的五轴联动结构进行了结构分析、对比，设计出了高速龙门铣床五轴联动的结构。
五轴联动结构设计中又主要对五轴联动铣头（行业中称“五轴头”）进行了详细设计，结构中采用了精密齿轮啮合与双导程蜗轮蜗杆驱动，既保证了结构紧凑，精度也较高。
关键词：五轴联动 结构设计 五轴联动铣头 双导程蜗轮蜗杆一、前言数控机床是当代制造业的主流装备，是市场的热门商品。
我国数控机床经历30多年来的发展，现已颇具规模，机床已涉及超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域。
但与机床高度发达的国家相比，我国机床的总体制作水平还是存在着一定的差距，相当明显的是：在我国，对于四轴联动以上的机床，大部分来自国外，再加上西方国家对我国在这方面的技术封锁，在一定程度上影响了我国数控机床的发展。
本人课题在借鉴大量国内外机床资料的基础上，根据一特定方案设计出虚拟样机---五轴联动高速数控龙门铣床。
此论文是节选其中五轴联动的结构设计部分。
二、五轴联动现状及其分析大多数高级的数控铣床的数控装置都可控六根基本轴，即X, Y, Z 三根运动轴和绕X, Y, Z 三根运动轴旋转的A 、B 、C 三根回转轴。
五轴联动指的是在六根基本轴中，机床数控装置能控制其中五根轴同时达到空间某一点，通俗的讲就是指其中五根轴能同时对某一点进行运动加工。
根据机床实际情况，五轴联动通常是在X 、Y 、Z 三根运动轴基础上增加由A 、B 、C 三个回转轴中任意两个回转轴所组合的运动， 2个回转轴可以都配置在刀具切削头部位（通常称摆动轴）或工件安装部位（通常称旋转工作台），也可在这两个部位上分别配置1个回转轴。
根据这些配置方式可以组合出的有效布局方案共有：2233212C P +=种。
1、双旋转工作台的高速五轴机床，它应用比较多的是铣镗类机床。
这种机床也有多个类型和品种，较简单的是在数控镗铣床的工作台上附加A/B 轴转台，配上相应的数控系统，实现X 、Y 、Z 三个直线运动和 A/B 轴两个旋转运动并可联动。
高速龙门五轴加工中心静刚度分析与结构优化_李焱
方向的力的 作 用，这 两 种 结 合 部 采 用 节 点 耦 合 的 接 触单元模拟； 螺栓连接的结合部全部采用接触单元 模拟。所有 接 触 单 元 接 触 刚 度、阻 尼 和 摩 擦 系 数 等 参数均依据公司参数库查询得到。
2 整机静力学分析
对于高速龙门五轴加工中心这样的大型机床， 在计算静力 变 形 时，不 能 忽 视 它 本 身 的 重 力 对 机 床 的变形和加工的影响。根据机床的结构可知当滑枕 沿机床 Z 坐标方向移动到最下端时，滑枕的伸出量 最长，此时的变形最大，所以整机的静力学分析将选 择此时机床的位姿来计算。首先计算机床在重力作 用下的变形情况，计算结果如图 3 所示，机床的最大 变形为 0. 34mm。将总变形分解到各个部件，结果如 图 4 所示，从计算的结果可以看出横梁的变形最大， 为 0. 13mm，为机床的薄弱环节，其引起的机床变形 占总变形的 38% ，主要原因是横梁在重力作用下发 生 YZ 平面的弯曲和 XZ 平面的扭转，带动主轴偏离 理想位置。
图 2 主机系统的网格划分模型
1. 3 结合面的处理
机床相邻部件间相互接触的区域称为结合部， 对机床整 机 特 性 有 重 要 影 响。 有 统 计 显 示，机 床 整 机静 刚 度 中 30% ～ 50% 取 决 于 结 合 部 的 刚 度 特 性［2］，动柔度有 60% 以上是源自结合部，阻尼值的 90% 以上来源于结合部的阻尼［3］。因此，结合部的 建模是机床整机有限元建模的重要组成部分。机床 中主要的结合部包括直线电机初级-次级结合部、直 线滚动导轨滑块-轨道结合部、滚珠丝杠丝母-丝杠结 合部和螺栓连接的固定结合部。直线电机推动力很 大，初级相对次级运动时几乎没有弹性，在直线电机 运动方向上施加位移约束方程； 滑块可沿导轨运动， 在两个方向 上 承 受 力 的 作 用，滚 珠 丝 杠 只 承 受 轴 线
龙门加工中心整机动静态分析及结构优化
由分析结果发现， 滑枕的静强度与动态性能都较 好， 但根据加工中心整体结构， 可发现其存在结构过长 的现象， 这一设计既增加了自身质量， 缩短了行程， 又加 剧了刀尖变形趋势。滑枕结构改进前后对比如图 ６所 示。修改前后行程增加 ２ ９ ０ｍ ｍ ， 质量减轻 １ ２ ６ｋ ｇ 。
由表 ３可知， 该龙门加工中心的前两阶固有频率偏 低， 只有 ３ ０ １ ７ ７Ｈ ｚ 和３ ２ ５ １ ５Ｈ ｚ ， 动态特性较差。４ 、 ５ 、 ６ 阶有密频现象。 结合前面静力分析的结果可知： 横梁、 滑枕是其较 为薄弱环节。这是由于该加工中心横梁 ｘ 向的刚度低 以及滑枕长度过长， 造成整机低阶固有频率偏低及总位 移量较大。
２ 有限元模型建立
静力学分析中， 网格划分采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ ＳＷｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ三 维实体单元 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ １ ８ ６ ， 该单元为三维 ６面体 ２ ０节点的结
收稿日期： ２ ０ １ ４ ０ ５ １ １ 基金项目： 人工智能四川省重点实验室科研项目（ ２ ０ １ ３ Ｒ Ｙ Ｙ ０ ３ ） ； 四川省教育厅重点项目（ １ ４ Ｚ Ａ ０ ２ ０ ９ ） ； 自贡市科技局项目（ ２ ０ １ ３ Ｊ １ ９ ） 作者简介： 杨海栗（ １ ９ ８ ８ ） ， 女， 四川成都人， 助教， 硕士， 主要从事结构设计及 Ｃ Ａ Ｅ仿真分析研究， （ Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ） ｙ ｈ ｌ ｓ ｅ ａ ３ ２ ４ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
龙门加工中心整机动静态分析及结构优化
杨海栗，田建平，胡 勇，付 磊，黄丹平
（ 四川理工学院机械工程学院，四川 自贡 ６ ４ ３ ０ ０ ０ ）
摘 要： 以Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 三维建模软件与 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ ＳＷｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ 有限元分析软件为平台， 建立龙门加工中 心整机动静态分析模型， 由分析得到整机在只受重力、 以及重力与切削力同时作用这两种工况下的位移 量数据及其相对变化量， 得出整机的结构刚性及固有频率值， 并综合分析结果提出滑枕及横梁的结构优 化方案， 通过结构改进减小整机变形量， 提高整机加工精度， 为加工时的误差补偿提供了理论依据。 关键词： 龙门加工中心； 整机； 静力特性； 动力特性； 结构优化 中图分类号： Ｔ Ｐ ３ ９ １ 文献标志码： Ａ 及整机可靠性， 并针对薄弱环节进行结构优化， 从而提 高整机加工精度， 并为加工时的误差补偿提供必要的理 论依据。
数控机床主轴静动态特性分析与优化设计
数控机床主轴静动态特性分析与优化设计数控机床主轴的静动态特性分析与优化设计在机床设计中扮演着重要的角色。
主轴的质量、刚度和动力性能直接影响着数控机床的加工精度和生产效率。
因此，针对数控机床主轴的静动态特性进行分析和优化设计是非常必要的。
首先，对数控机床主轴的静态特性进行分析是基础。
静态特性主要包括主轴的刚度、负载能力和转速范围。
刚度是指主轴在受力时的变形能力，直接影响着机床的切削精度。
负载能力指主轴能够承受的最大切削力或轴向力，取决于主轴的结构和材料。
转速范围则指主轴的最大和最小可工作转速，根据机床加工要求和主轴的功率决定。
其次，对数控机床主轴的动态特性进行分析是优化设计的重要环节。
动态特性主要包括主轴的运行平稳性、动态刚度和各模态的特性频率。
运行平稳性是指主轴在工作状态下的振动情况，对加工表面质量和刀具寿命有重要影响。
动态刚度是指主轴在受力时的变形能力在一定频率下的响应能力。
各模态的特性频率则表征着主轴在不同振动模态下的响应频率和振动幅度。
针对数控机床主轴的静动态特性，可以采取以下优化设计措施。
首先是通过优选材料和适当加工工艺来提高主轴的刚度和负载能力。
其次是采用适当的轴承和润滑方式，减小主轴的摩擦和磨损，提高运行平稳性。
此外，还可以通过调整主轴的结构和参数来提高动态刚度和各模态的特性频率。
例如，增加主轴的直径、改变轴承支撑形式等。
在数控机床主轴静动态特性优化设计过程中，还需要考虑与其他系统和结构的配合，如主轴驱动装置、刀具系统等。
同时，结合实际工艺要求和机床制造能力，进行多种参数的优化设计，以实现最佳的综合性能。
总之，数控机床主轴的静动态特性分析与优化设计是非常重要的工作，直接关系到数控机床的加工质量和生产效率。
通过对主轴材料、结构和参数的优化设计，可以提高数控机床主轴的静态刚度、负载能力和动态性能，进而提高数控机床的加工精度和生产效率。
五轴联动加工中心主轴系统的结构优化
！
！ 竺
五轴联动加 工中心主轴 系统 的结构优化
佘 洋 ’张建 润 ’卢 ， ， 熹 ’孙 庆鸿 ’彭 ， ， 文 姚 树健 ，
（． １ 东南大学机械工程系， 南京 ２ ０ ９ ；江苏 多棱数控机床股份有限公司， １０ ６ 常州 ２ ３ １ ） １ ０ ２ 摘 要 ：对五轴联动加 工中心主轴系统进行动 力学仿真分析 ，对原主轴系统的轴承支承 系统和主轴结 构进行了动 态优 化设计 。 对主轴 前端 的单排轴 承的不足 ， 出了双排轴承的设计 方案 。对于 针 提 主轴结构 ， 论文建 立了以主轴前端动态变形最 小为目标 函数的优 化模 型 ， 对主轴结构进行了优
电 主 轴套
动 加 工 中 心 的主 轴 系统 ，原 机 床 在 主 轴 转 速 高 于
８ ０ ｒ ｎ 削加 工时 振动 剧烈 ， 重影 响 了机床 的 ０ ０／ 切 ｍｉ 严
一
图 １ 轴 系统 Ｃ 主 ＡＤ模 型
在建 立 有限 元数 字化模 型 时 ，对 原有模 型 进行 些必要 的 简化 ，如 省略 小 的倒 角 、沟槽 等 ，同时
ห้องสมุดไป่ตู้
ＹＵ Ｙ ｎ ’Ｚ Ａ Ｇ ｉｎｒ ｎ， Ｕ Ｘ’ Ｓ Ｎ Ｑｉｇｈ ｎ ’Ｐ Ｎ Ｗｅ Ｙ Ｏ Ｓｈ －ａ ａ ｇ ， Ｈ Ｎ Ｊａ —ｕ ’ Ｌ ｉ Ｕ ｎ — ｏ ｇ ， Ｅ Ｇ ｎ ， Ａ ｕｊ ｎ ， ｉ
（ ｏ ｔｅ ｓ ｎｖ ｒｉ ， ａ ｊ ｇ２ ０ ６ Ｃｈｎ ；２ Ｊ ｎ ｓ ｕ ｌ ｇＮ ｃ ａ ｉａ Ｔ ｏ Ｌｄ １ Ｓ ｕｈ ａ ｔ ｉｅｓｙ Ｎ ｎｉ １ ９ ， ｉ Ｕ ｔ ｎ ０ ａ ． ｉ ｇ ｕＤ ｏｉ ｃＭｅ ｈ ｎｃ ｌ ｏ ｌ ｔ， ａ ｎ Ｃ ａ ｇ ｈ ｕ２ ０ ， ｉａ ｈ ｎ ｚ ｏ １ １ Ｃｈｎ ） ３ ２
五轴联动加工中心主轴系统的结构优化
于 ８ ０ ｒｍｉ 削 加工 时振 动剧 烈 ， 重 影响 了机 床 ０ ０／ ｎ切 严 的性 能 ， 要 对 原 结 构 进 行 改 进 ， 高 其 静 力 学 、 需 提 动 力学 性 能 ， 其满 足设 计 的要求 ‘ 使 ¨ 。
２ 主轴 系统 的动 力学 分析
原 主轴 系 统 Ｃ Ｄ模 型 如 图 １示 ， Ａ 主要 由箱 体 、
网格 ， 主轴 系统 的有 限元模 型 如 图 ３所 示 。
态 占机床 总位 移 的 ３ ％ ～ ０ ， ０ ４ ％ 共振 状 态 时 则 高 达
６ ％ 一８ ％ … 。 随 着 现 代 机 床 的 主 轴 转 速 越 来 越 ０ ０
高， 切削 深度 越来 越大 ， 主轴 系 统 的性 能 提 出 更 高 对 的要 求 。本文 研究 的对 象是 我 国 自主开 发 的 桥 式 五 轴联 动加 工 中心 的主轴 系 统 。原 机 床在 主轴 转 速 高
的所有 自由度 约束 。 图 ４ ５６是 主轴 系统 的前 三 阶 、、 振型 ， 其对 应 的频率 如 表 １ 示 。 所
图 １ 主轴 系统 Ｃ Ｄ模 型 Ａ
在建立 有 限元 数 学 模 型 时 ， 原 有 模 型 进 行 一 对
些必要的简化 ， 如省略小 的倒 角、 沟槽等 ， 同时考虑
（ ） ５ １ ｌ ２ ０ ２５ ３０ ０ Ｏ０ ５０ ０ ０ ０
１ 引 言
采用 等 刚度 的弹 簧单 元来 仿 真 轴 承 与主 轴 之 间 的连
接 。整个 系统 采用 ８节点 ３ 自由度 的 １５单元 划 分 ８
主轴 系统 是机 床最 重 要 的部 件 之 一 。在 生 产加
工过 程 中 ， 由主 轴 系 统 振 动 产 生 的位 移 在 非 共 振 状
五轴数控车床加工技术及优化
五轴数控车床加工技术及优化五轴数控车床加工技术是一种高精度、高效率的加工技术。
它采用数字化控制寻找加工点的方法，利用机床上旋转的工具和工件移动，通过各种角度的定位，达到实现工件的复杂加工。
近年来，五轴数控车床加工技术的应用范围越来越广泛，尤其在航空、汽车、模具制造等领域得到了广泛应用。
五轴数控车床加工技术的优势与传统的三轴车床相比，五轴数控车床加工技术具有以下优势：①高精度：五轴数控车床加工技术可以实现高精度的加工，可以满足复杂形状和高精度的加工要求。
②高效率：五轴数控车床加工技术可以一次性完成多个加工步骤，避免了不必要的操作和工序，提高了加工效率。
③工件形状自由：五轴数控车床加工技术可以实现三维加工，可以加工出各种复杂形状的工件。
④生产灵活性高：五轴数控车床加工技术可以适应各种不同的工件加工需求，具有高度的生产灵活性。
五轴数控车床加工技术的应用①航空领域在航空领域中，五轴数控车床加工技术的应用非常广泛。
航空发动机的叶轮、涡轮等部件的制造都离不开五轴数控车床的加工技术。
这些零部件的制造需要高精度的加工，以保证安全和性能的稳定。
同时，五轴数控车床加工技术可以减少加工时间和提高加工效率，降低生产成本和提高生产效率，这在航空制造行业中非常重要。
②汽车领域五轴数控车床加工技术在汽车制造业中也有广泛应用。
尤其是在汽车模具制造中，五轴数控车床加工技术可以实现高效率、高精度的加工，可以满足复杂形状的零部件制造的需求。
另外，在汽车零部件的加工中，五轴数控车床加工技术也可以实现高精度加工，提高零部件的精度和质量。
③模具制造领域模具制造是五轴数控车床加工技术的另一重要应用领域。
在模具制造中，五轴数控车床加工技术可以实现复杂形状的模具加工，例如塑料模具、压铸模具等。
在制造过程中，五轴数控车床加工技术可以实现精度高、速度快的加工，大大提高了模具的制造效率和质量。
五轴数控车床加工技术的优化虽然五轴数控车床加工技术具有非常大的优势，但是在实际应用中还存在一些问题，主要包括以下几个方面：①机械加工精度低：五轴数控车床加工中机械加工精度通常较低，这会限制其应用领域。
五轴加工干涉处理技术研究
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2012 年 2月 第 33 卷 第 1 期
图 学 学 报
JOURNAL OF GRAPHICS
February 2012 Vol.33 No.1
复杂曲面五轴加工局部干涉处理技术研究
杜 娟1， 闫献国1ຫໍສະໝຸດ 田锡天2（1. 太原科技大学机电工程学院，山西 太原 030024； 2. 西北工业大学机电工程学院，陕西 西安 710072）
Local interference detection and avoidance in five-axis machining of complex surfaces
Du Juan1, Yan Xianguo1, Tian Xitian2
( 1. School of Electromechanic, Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan Shanxi 030024, China; 2. School of Electromechanic, Northwestern Polytechnical University, Xi’an Shaanxi 710072, China )
Abstract: This paper presents a methodologymethod of an automatic detection and elimination of local gouging for five-axis complex surface machining with a fillet-end milling cutter based on the technique of curvature matching and grid points. Firstly, a diameter of milling cutter is chosen by complete curvature matching to ensure un-gouging at any cutter contact point along any direction, and the first inclination angle of cutter can be determined by comparing the minimum principal curvature of cutter with the maximum principal curvature at each cutter contact point. In order to detect if a rear gouging occurs at the adjacent domain of contact point, the grid points is employed to form detection area and candidate detection points. A method to choose valid detection points from candidates and the technology of detection and avoidance of local interference are presented in detail in this paper. Finally, the validity of proposed method and algorithms are testified by an example of non-uniform rational B-spline surface. Key words: five-axis machining; complex surface; local interference; curvature matching; grid points
基于有限元的高速龙门五轴加工中心动静态优化设计
ｇ ｎ ｒ — ｙ ｅ ｍａ ｈ ｎｎ ｅ ｔ ａ ｅ ｎ Ｆ ａ ｔｙ ｔ ｐ ｃ ｉｉ ｇ ｃ ｎ ｅｒ ｓ ｄ ｏ ＥＭ ｂ
龙门加工中心立柱静力学分析与结构优化设计方法
龙门加工中心立柱静力学分析与结构优化设计方法丁长春;殷国富;方辉;徐德炜【摘要】Solidworks 3D design and ansys softwares are adopted to make 3D model and steatic analysis of the column of the Gantry machinze. Tle deformation stress and strain of the column are given under the gravity and cutting force. Then.the suggestion of improvement of the column is advanced. The static mechamical performance is improved greotly and the stress is redfuced greatly.It is the basis to improre the precision of he Gantry machine.%集成应用solidworks三维软件和ansys有限元分析软件,建立了大型龙门加工中心立柱的三维模型和静力学分析模型,通过有限元计算得到了立柱在重力和切削力作用下的变形、应力和应变分布,根据相应分析结果提出了机构优化方案,改善了该型龙门加工中心立柱的静态力学性能,为提高该型加工中心的加工精度稳定性提供了技术手段支持.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】2页(P3-4)【关键词】立柱;静力分析;变形量;优化设计【作者】丁长春;殷国富;方辉;徐德炜【作者单位】四川大学,制造科学与工程学院,成都,610065;四川大学,制造科学与工程学院,成都,610065;四川大学,制造科学与工程学院,成都,610065;四川长征机床(集团)有限公司,自贡,643020【正文语种】中文【中图分类】TH121 引言龙门加工中心立柱主要用于支承横梁、导轨等部件，是大型龙门加工中心的重要组成部分，它的强度、刚度性能直接影响整机的加工精度、抗振性、切削效率和寿命。
机床关键部件静刚度建模及其结构优化
机床关键部件静刚度建模及其结构优化机床是现代制造业中不可或缺的重要装备，其性能直接影响到产品质量和生产效率。
而机床的关键部件的设计和优化则是提升机床性能的关键所在。
本文将重点探讨机床关键部件的静刚度建模及其结构优化方法。
机床的静刚度是指机床在受力作用下抵抗变形的能力，它直接关系到机床在加工过程中的稳定性和精度。
静刚度建模是分析机床结构的变形以及选择合适的材料和工艺，从而提高机床的刚度性能。
首先，机床的关键部件包括床身、主轴、导轨、工作台等。
在进行静刚度建模时，需要对这些部件的材料特性、几何形状和加工工艺进行详细分析。
通过应力分析和应变分析，可以建立机床各关键部件的静刚度模型。
静刚度建模的过程中，需要考虑机床受力情况以及外界干扰因素的影响。
机床在加工过程中会受到各种力的作用，如切削力、惯性力、温度变化引起的热应力等。
这些力会导致机床结构的变形，影响到加工精度和表面质量。
因此，在建模过程中需要对不同的受力情况进行分析和计算，得到相应的力学参数。
静刚度建模的另一个重要方面是材料选择和工艺优化。
材料的选择直接影响到机床的刚度性能。
一般来说，高强度和高刚度的材料可以增加机床的静刚度。
此外，合理的工艺选择也能提高机床的刚度性能。
例如，在加工过程中采用合适的切削速度和进给速度，避免过度切削或不足切削，可以减少机床结构的振动和变形，提高机床的静刚度。
在静刚度建模的基础上，可以通过结构优化的方法来进一步提高机床的刚度性能。
结构优化可以通过改变机床的几何形状、调整部件的布局以及改变支撑方式等方式来达到优化目的。
例如，在床身结构中加入加强筋或者采用更加刚性的联接方式，可以提高床身的刚度。
在主轴结构中，可以采用螺纹联接或者锁紧装置来增加主轴的刚度。
此外，还可以通过调整导轨的布置和选择导轨的类型来提高机床的刚度。
综上所述，机床关键部件的静刚度建模及其结构优化是提升机床性能的重要手段。
通过建立准确的静刚度模型，分析机床在不同受力情况下的刚度性能，采取合理的材料选择和工艺优化，以及通过结构优化来提高机床的刚度性能，可以有效提高机床的加工精度和稳定性，满足现代制造业对高精度加工的需求。
高速龙门加工中心立柱静态设计与动特性分析
高速龙门加工中心立柱静态设计与动特性分析高速龙门加工中心是一种高精密度、高效率的机床设备，其立柱是其结构的关键部件之一。
对于高速龙门加工中心的立柱静态设计及动特性分析，是保障机床精度和稳定性的关键步骤。
首先，要进行立柱的静态设计。
在立柱静态设计的过程中，需要考虑以下因素：1. 应力分析：通过应力分析可以确定立柱的形状和直径，以及立柱材料的选择。
要根据立柱所承受的载荷和工作条件来分析立柱的最大应力和变形程度，以确保其符合国家标准和机床的要求。
2. 刚度分析：在立柱刚度分析中，需要考虑立柱的强度、变形和稳定性。
强度要求立柱能承受最大载荷，变形率要尽可能小，以确保加工精度；稳定性要求在工作条件下的立柱不会产生强度变化和形变。
3. 疲劳寿命：要确定立柱的最大疲劳寿命，以确保机床运行的安全性。
其次，要对立柱的动特性进行分析。
立柱的动特性分析涉及到机床运转的稳定性、响应速度、切削稳定性、加速度和位置稳定性，由此需要根据以下几个方面来进行分析：1. 自然频率和阻尼：自然频率和阻尼是立柱结构的固有特性，是保证加工过程中机床稳定性的关键因素。
2. 模态：通过模态分析可以得到机床载荷、切削力的作用下，立柱在运动过程中的振动特性。
模态分析可以帮助设计师确定在加工过程中如何控制立柱的振动，以保证加工精度和处理工件的质量。
3. 加速度和位置变化：加速度和位置变化是影响机床工作精度的因素之一，对于高速龙门加工中心来说，需要控制立柱的加速度和位置变化，在加工过程中控制立柱的精度和工作效率。
4. 切削力：切削力是机床加工时承受的一种力量，会对立柱产生振动和变形，因此需要对切削力进行分析和控制。
综上所述，高速龙门加工中心立柱的静态设计与动特性分析是保障机床精度和稳定性的重要步骤。
设计师需要根据机床的实际情况进行分析和控制，以满足机床的加工工艺和工艺要求，从而提高机床加工的稳定性和精度。
假设我们需要研究消费者对某种产品的购买意向和市场规模，我们可以收集相关的数据并进行分析。
大型龙门式加工中心的机床温度和刚度研究
大型龙门式加工中心的机床温度和刚度研究在现代制造业中，大型龙门式加工中心是一种高效、精确的加工设备，在航空航天、汽车制造等领域发挥着重要作用。
然而，随着加工中心的运行时间增长，机床温度和刚度的变化成为重要的研究课题。
本文将探讨大型龙门式加工中心的机床温度和刚度研究，并提出相应的解决方案。
机床温度对加工精度和稳定性具有重要影响。
随着加工中心的长时间运行，机床会受到热效应的影响，导致温度变化。
这种温度变化会引起零件加工尺寸的不稳定性，甚至导致加工误差。
因此，研究机床温度变化的规律对于提高加工中心的性能至关重要。
首先，机床温度的变化受到多种因素的影响，如环境温度、电子元件的发热、主轴的热效应等。
研究表明，环境温度对于机床温度的影响是不可忽视的。
因此，在安装大型龙门式加工中心时要选择合适的场地，保持稳定的环境温度，以减少环境温度对机床温度的影响。
其次，大型龙门式加工中心的机床温度还受到电子元件的发热效应的影响。
随着加工中心的运行，电子元件会产生大量的热量，导致机床温度的上升。
为降低机床温度的变化，可以采取措施，如增加散热装置，提高加工中心的通风性能等。
此外，大型龙门式加工中心的主轴的热效应也是导致机床温度变化的重要原因。
主轴是加工中心的核心部件，长时间运转会产生大量的热量，导致机床温度的上升。
为了解决这个问题，可以在主轴周围安装冷却装置，有效降低主轴的温度。
除了机床温度的研究外，研究机床的刚度也是提高加工中心性能的关键。
机床的刚度对于加工精度和稳定性具有重要影响。
因此，研究机床刚度的变化规律对于提高加工中心的性能非常重要。
大型龙门式加工中心的刚度主要受到加工力的作用和结构变形的影响。
在加工过程中，由于切削力和惯性力的作用，机床会发生结构变形，导致刚度的降低。
研究表明，在高速切削和重负载工况下，机床的刚度明显下降。
因此，要提高大型龙门式加工中心的刚度，可以采取一些措施，如增加机床内部支撑结构，优化机床整体结构等。
大型龙门式加工中心的机床刚度优化设计研究
大型龙门式加工中心的机床刚度优化设计研究随着现代制造业的发展，大型龙门式加工中心在工业生产中扮演着重要的角色。
作为一种高精度、高效率的机床设备，其机床刚度对于保证加工质量和提高加工效率至关重要。
本文将围绕大型龙门式加工中心的机床刚度优化设计展开研究，从材料选择、加工结构和系统控制三个方面来进行讨论。
首先，材料选择是机床刚度优化设计的首要考虑因素之一。
机床的刚度主要取决于材料的性能和结构的设计。
在大型龙门式加工中心的设计中，常用的机床材料包括铸铁、铸钢和整体型结构。
铸铁具有良好的抗振性和抗变形性能，适合用于床身等结构件的制造，但其密度较大，会增加机床的自重，降低了机床的动态响应性能；铸钢材料具有较高的强度和硬度，可以提高机床的刚度和抗扭性能，适合用于工作台、立柱等承受较大力的部件；整体型结构则是通过一次性加工获得的，可以降低结构件间的连接面，从而提高机床的整体刚度。
因此，在机床刚度优化设计中，需要根据具体的工件加工要求和成本考虑，选择合适的材料进行制造。
其次，加工结构是影响机床刚度的另一个关键因素。
大型龙门式加工中心的加工结构主要包括龙门架、工作台、立柱等部件。
龙门架作为支撑整个加工中心的重要部件，其刚度直接影响了机床的加工精度和稳定性。
为了提高龙门架的刚度，可以采用增加龙门架截面的方法，增加龙门架的横向稳定性；可以增加龙门架的高度和长宽比，提高龙门架的纵向稳定性；还可以采用增加龙门架截面上的肋骨和加强筋等方法，提高龙门架的整体刚度。
此外，工作台和立柱也需要具备足够的刚度，以保证工件在加工过程中的稳定性和精度。
因此，在机床刚度优化设计中，需要对加工结构进行充分的分析和计算，以实现最佳的刚度效果。
最后，系统控制是机床刚度优化设计的另一个重要方面。
随着自动化技术的发展，大型龙门式加工中心通常配备了先进的数控系统，可以实现高速精密加工。
在系统控制中，机床刚度的优化设计主要体现在运动链的设计和控制策略的选择上。
基于结合面的龙门五面加工中心虚拟建模及静刚度研究
3 Chen J S ,Y uan J ,Ni J.Thermal error m odeling for real 2timeerror compensation.International Journal of Advanced Manu fac 2turing T echnology ,1996,12(4)4 杨建国,薛秉源.C NC 车削中心热误差模态分析及鲁棒建模.中国机械工程,1998,9(5)5 杨建国,邓卫国等.机床热补偿中温度变量分组优化建模.中国机械工程,2004,15(6)6 李书和,张奕群等.数控机床热误差建模与预补偿.计量学报,1999(1)7 吴光琳,林建平等.基于神经网络的数控加工热误差补偿.机床与液压,2000(3)8 傅龙珠,狄瑞坤等.BP 神经网络补偿热变形误差的研究.精密制造与自动化,2002(3)9 杜正春,杨建国等.基于R BF 神经网络的数控车床热误差建模.上海交通大学学报,2003,37(1)10 刘又午,章 青等.基于多体理论模型的加工中心热误差补偿技术.机械工程学报,2002,38(1)11 傅建中,陈子辰.精密机械热动态误差模糊神经网络建模方法研究.浙江大学学报(工学版),2004,38(6)12 Debra A K rulewich ,T emperature integration m odel and mea 2surement selection for thermally induced machine tool errors.Mechatronics ,1998(8)13 M H Attia ,S Fraser.A generalized m odeling methodology foroptimized real 2time compensation of thermal deformation of ma 2chine tools and C M M structures.International Journal of Ma 2chine T ools &Manu facture ,1999,3914 Lo Chih 2hao ,Y uan Jing 2xia etc.An application of real 2timeerror compensation on a turning center.Int 1J 1Mach 1T ools Manu fact 1,1995,35(12)15 Chih 2Hao Lo ,Jingxia Y uan ,Jun Ni 1Optimal temperaturevariable selection by grouping approach for thermal error m od 2eling and compensation.International Journal of Machine T ools &Manu facture ,1999,3916 李小力等.数控机床热敏感点识别研究.机械与电子,1998(6)17 张奕群等.机床热误差建模中温度测点选择方法研究.航空精密制造技术,1996(6)18 于 金等.数控机床热变形关键点的辨识与补偿方法的研究.机械设计与制造,2000(11)作者:潘淑微,工程硕士,讲师,温州职业技术学院机械工程系,325035浙江省温州市 3国家高技术研究发展计划(863计划)重点资助项目(项目编号:2005AA424220)收稿日期:2006年8月基于结合面的龙门五面加工中心虚拟建模及静刚度研究3刘 悦 王立平 关立文 刘景衤韦清华大学摘 要:静刚度是机床性能的重要指标,有必要在设计阶段对其进行预估。
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做 ｚ向运动 ， 双摆头可 实现 Ａ Ｃ轴摆 动 ， 足复杂 曲 ／ 满
面 的 五 轴 联 动 加 工 。 由 于 有 限 元 分 析 软 件 Ａ ｓｓ ｎｙ 提 供 的 建 模 工 具 相 对 较 弱 ， 以 采 用 Ｐｏ Ｅ软 件 先 将 各 所 ｒ／ 部 件 建 立 三维 实 体 模 型 ， 装 配 得 到 整 机 模 型 ， 减 并 为 少 计算 负荷 ， 对模 型 进 行 适 当 简 化 ， 掉 螺 钉 、 母 、 去 螺
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高速龙 门五轴 加工 中心 主 要应 用 于复 杂模 具 制 造 以及 大 型铝 合金 结 构件 的高 速 、 效 、 精 加 工 ， 高 高
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第 ６期
２１ ０ １年 ６月
组 合 机 床 与 自 动 化 加 技 术
Ｍ ｏ ｌ ｒ Ｍ ａ ｈ ｎｅ Ｔｏ ｌ＆ Ａ ｕｔ ｍ ａ ｉ ａ ｆ ｃ ｕｒ ｎ ｃ ｎｉ ｕｅ ｄｕ ａ ｃ ｉ ｏ ｏ ｔ ｃ Ｍ ｎｕ ａ ｔ ｉ ｇ Ｔｅ ｈ ｑ
ＮＯ． ６
Ｊ ｕｎ．２ １ ０１
是 航 空 航 天 、 具 和 汽 车 等 高 科 技 领 域 的 关 键 加 工 模
要 由 左 右 桥 梁 、 作 台 、 梁 、 板 、 枕 、 摆 头 等 工 横 滑 滑 双 组 成 ， 图 １所 示 ， 作 台 与 桥 梁 为 落 地 式 ， 梁 在 如 工 横 左 右 桥 梁 上 的直 线 电 机 并 联 驱 动 下 前 后 移 动 做 向
实 际 应 用 中 获 得 了 良好 的 效 果 。
关键词 ： 高速 龙 门五 轴 加 工 中心 ； 限 元 分 析 ； 刚 度 有 静
中图分 类号 ：Ｇ ０ Ｔ ５２ 文献标识 码 ： Ａ
Ｓ ａ ｉ ｇ ｄ ｔ ｔ ｔｃ Ｒｉ ｉ ｉｙ Ａｎａ ｙ ｉ ｎｄ Ｓｔｕｃ ｕｒ ｐｔｍ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｉ ｎｔ ｙ－ｙ ａ ｈｉ ｎｔｒ ｌ ｓｓ ａ ｒ ｔ ｅ Ｏ ｉ ｚ ｔｏ ｆ５・ ｘ ｓ Ｇａ ｒ － ｐｅ Ｍ ｃ ｎｅ Ｃｅ ｅ ｔ
工 中心 的 设 计 中 ， 主 要 部 件 进 行 了静 力 学 分 析 ， 现 横 梁 与 滑 枕 采 发
为影响 整机静 刚度 的薄弱环 节 ， 对横 梁与滑枕 的结 构进 行优 化 改进 ， 而提 高 了机 床 的静 刚度 ， 从 并在
文章 编 号 ：０ １０１—２ ６ （ ０１ ） ６—０ ０ ２５２ １０ ０ ９—０ ３
高 速龙 门五轴 加 工 中心 静 刚 度 分析 与 结构 优化
李 焱 ， 张 磊 ， 刘春 时 ， 尹 刚
（ 阳机 床集 团 设 计研 究院 ， 阳 沈 沈 ｌ０ ４ ） １ ２ １
摘 要 ： 刚度 是 机 床 最 重 要 的 性 能 指 标 之 一 ， 机 床 设 计 阶 段 需 对 其 进 行 预 估 。 在 高 速 龙 门 五 轴 加 静 在
运动， 滑板 通过 直 线 电机 在 横 梁上 左 右 移 动 做 ｌ向 ，
运 动 ， 枕 通 过 双 丝 杠 驱 动 结 构 在 滑 板 中 上 下 移 动 滑
装备 。机床 的 静 刚 度 是 指 机 床 承 受 恒 定 载 荷 的 能 力， 是其最 重 要 的 性 能指 标之 一 。机 床 的静 态 变 形
ＬＩ Ｙａ ｎ，ＺＨＡＮＧ ｅ ， Ｌ Ｕ ｕ ｓ ｉ ＹＩ Ｇａ ｇ Ｌ ｉ Ｉ Ｃｈ ｎ— ｈ ， Ｎ ｎ
（ ｅ ｉｎ ａ ｄ Ｒｅｅ ｒｈ Ｉｓｉ ｔ，Ｓ ｅ ｙ ｎ ｃ ｉｅＴ ｏ ｏ ｐ，Ｓ ｅ ｙ ｎ １ ４ Ｄ ｓ ｎ ｓ ａｃ ｎ ｔ ｕｅ ｈ ｎ ａ ｇＭａ ｈｎ ｏ ｌ ｇ ｔ Ｇｒｕ ｈ ｎ ａ ｇ１ ０１ ２，Ｃ ｉａ ｈｎ ）
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