數(shù)控立式銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)--結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上數(shù)控立式銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床作為一種高自動(dòng)化、高柔性、高精度、高效率的機(jī)械加工設(shè)備，決定了它在現(xiàn)代制造業(yè)中占有越來(lái)越重要的作用。近年來(lái)，我國(guó)在中高檔數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)上有了較大突破，創(chuàng)造出一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果。目前，在實(shí)際應(yīng)用中有部分工件在加工微型孑L或銑削平面時(shí)，加工精度不高。如果我們用傳統(tǒng)的數(shù)控銑床對(duì)其加工，將導(dǎo)致加工效率低且加大設(shè)備和電力的損耗。根據(jù)這種情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種小型數(shù)控立式銑床。該銑床造價(jià)大大低于傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床，還能夠滿足教學(xué)上的使用，提高學(xué)生對(duì)數(shù)控銑床的理解與認(rèn)識(shí)。下文就對(duì)它的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作一介紹。 1 機(jī)床的總體布局本機(jī)床是一臺(tái)采用立

2、式布置的小型數(shù)控銑床，機(jī)床床身尺寸(長(zhǎng)寬高)為600 mm8OO mm1 405 1Tim，主要由(如圖1機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖所示)機(jī)床底座，橫向溜板，X、y、Z方向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，工作臺(tái)，機(jī)床床身，三相異步電動(dòng)機(jī)，主軸箱以及相關(guān)的電氣系統(tǒng)等部分組成。機(jī)床的加工過(guò)程為：被加工零件固定于工作臺(tái)4上，能夠?qū)崿F(xiàn)橫向、縱向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；銑刀裝夾在主軸箱8上，能夠沿立柱的上下移動(dòng)，進(jìn)行銑削加工。整個(gè)加工過(guò)程由PC進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)加工。該數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)為：最大鉆孔直徑：28 mm；最大銑削能力：平面2610 mm。；主軸箱上下移動(dòng)最大行程：345 mm；工作臺(tái)工作面積：730 nln3350 n3

3、n3；工作臺(tái)最大縱向行程：450 mm；工作臺(tái)最大橫向行程：250 n3m；機(jī)床底座面積：400 ITlm680 n3n3；主軸變速范圍：8O 1 650 rmin2 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸組件設(shè)計(jì)21 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)由主軸電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件等部分組成，它與普通機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)相比結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，這是由于變速功能主要由無(wú)級(jí)變速電動(dòng)機(jī)來(lái)承擔(dān)。機(jī)床主傳動(dòng)為主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，負(fù)載為恒功率型，選用Y8024型號(hào)的三相異步電動(dòng)機(jī)即可滿足要求。由于主軸要求的恒功率變速范圍R坤遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍R卻，在電動(dòng)機(jī)與主軸之間串聯(lián)了一個(gè)分級(jí)變速箱，以擴(kuò)大其恒功率變速范圍，滿足低速大功率切削

4、時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出功率要求。通過(guò)計(jì)算，變速箱的變速級(jí)數(shù)確定為2級(jí)傳動(dòng)。對(duì)于降速傳動(dòng)，為防止從動(dòng)齒輪的直徑過(guò)大而使變速機(jī)構(gòu)的徑向尺寸太大，常限制傳動(dòng)副的最大傳動(dòng)比i 4，并且采用“前慢后快”的原則，即前面?zhèn)鲃?dòng)組的傳動(dòng)比小些，后面的傳動(dòng)組的傳動(dòng)比大些。由此可確定第1級(jí)的傳動(dòng)比如 一265，第2級(jí)高速檔的傳動(dòng)比i。 一1，第2級(jí)低速檔i 一0 o3。小齒輪齒數(shù)分別為22、40、20，即i=0.38,i=1,i=0.33，如圖2所示。22 主軸組件主軸組件由主軸、軸承、傳動(dòng)件和固定件等部分組成，如圖2所示。機(jī)床工作時(shí)，由主軸夾持著刀具直接進(jìn)行表面成形運(yùn)動(dòng)。所以主軸組件的工作性能，對(duì)加工零件的質(zhì)量和機(jī)床生

5、產(chǎn)率都有重要的影響。機(jī)床主軸承受的軸向載荷較大，徑向載荷稍小，精度要求不高。通過(guò)分析，機(jī)床的主軸支撐方案確定為：前軸承選用3個(gè)推力角接觸球軸承7015AC，其中前面2個(gè)軸承開(kāi)口向主軸前端，接觸角為25。用以承受軸向載荷；第3個(gè)軸承開(kāi)口朝里，接觸角為14。3個(gè)軸承的內(nèi)外圈軸向由軸肩和箱體孔的臺(tái)階固定，以承受軸向載荷。后軸承由一對(duì)背對(duì)背的推力角接觸球軸承7010AC組成，只承受徑向載荷。3 機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)作用是接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)電路作轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置(直流、交流伺服電動(dòng)機(jī)，功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，電液脈沖電動(dòng)機(jī)等)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)

6、動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)、主軸頭架等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給和快速運(yùn)動(dòng)。機(jī)床的縱向進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示，它的基本參數(shù)為：工作臺(tái)及夾具總重力為1 000 N，工作臺(tái)縱向行程為450 mm，進(jìn)給速度為1O 400mmmin，快速進(jìn)給速度為V 7-15 mmin，定位精度為002300 mm。機(jī)床選擇NL2505型內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，直徑為25mm，導(dǎo)程為5 mm，滾珠直徑為3969 mm，每個(gè)螺母滾珠有4列，經(jīng)計(jì)算符合設(shè)計(jì)要求。機(jī)床的滾珠絲杠采用兩端軸向固定，用一對(duì)接觸角為25的7001AC型角接觸球軸承面對(duì)面組配。此種固定方法能對(duì)絲杠施加預(yù)緊力，又能通過(guò)軸承端蓋來(lái)補(bǔ)償絲杠的熱變形，保持

7、預(yù)緊力幾乎不變。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸的力矩經(jīng)計(jì)算，選用90BF003型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可滿足設(shè)計(jì)要求。機(jī)床主軸箱的進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4所示，工作臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)最大行程為345 mm，進(jìn)給速度為1O到2OO mmmin，快速進(jìn)給速度為 =10 mmin主傳動(dòng)系統(tǒng)是銑床傳動(dòng)系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)采用有級(jí)傳動(dòng)方式，其計(jì)算和設(shè)計(jì)方法早已有詳細(xì)論述。隨著機(jī)床技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控銑床和加工中心的主傳動(dòng)系統(tǒng)已普遍采用無(wú)級(jí)傳動(dòng)方式。盡管一些大型的機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)無(wú)級(jí)傳動(dòng)方式的分析計(jì)算和設(shè)計(jì)方法已有論述，也已形成一些設(shè)計(jì)原則，但機(jī)械加工對(duì)主軸無(wú)級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求多種多樣，隨著機(jī)床技術(shù)的發(fā)展，隨著機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計(jì)越來(lái)越理性化，

8、在進(jìn)行主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)各主要技術(shù)參數(shù)和特性參數(shù)如高、低檔減速比、主軸額定轉(zhuǎn)速、功率損失等進(jìn)行計(jì)算，對(duì)這些參數(shù)的相互關(guān)系和相互影響以及對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響進(jìn)行分析。而以往的技術(shù)文獻(xiàn)對(duì)這方面的介紹、論述較為籠統(tǒng)和簡(jiǎn)單，有關(guān)結(jié)論也顯得簡(jiǎn)單，已不能滿足分析和設(shè)計(jì)要求，因此有必要不斷地深入研究，完善主傳動(dòng)計(jì)算與設(shè)計(jì)方法。筆者多年來(lái)主管多項(xiàng)數(shù)控銑床和加工中心產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，對(duì)各種主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了較深入的分析，積累了較多的分析和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)各主要設(shè)計(jì)參數(shù)和特性參數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)計(jì)算和相互關(guān)系分析，得出了一些較為適用的結(jié)論，現(xiàn)介紹如下。1主軸無(wú)級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)主軸無(wú)級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)主要由無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)及驅(qū)動(dòng)單

9、元和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。11無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)及驅(qū)動(dòng)主要機(jī)械特性無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)具有轉(zhuǎn)速拐點(diǎn)，即額定轉(zhuǎn)速。其特點(diǎn)為：小于額定轉(zhuǎn)速的為恒扭矩范圍，大于額定轉(zhuǎn)速的為恒功率范圍，如圖1所示。額定轉(zhuǎn)速一般有500rmin、750rmin、lO00rmin、1500rmin、2000rmin等幾種，按照成本原則，通常使用較多的為1500rmin。如果直接使用額定轉(zhuǎn)速為1500rmin以上的電機(jī)而不經(jīng)過(guò)機(jī)械減速，則輸出的恒功率范圍和低速扭矩較小，不能滿足很多場(chǎng)合下的正常使用要求。12主軸無(wú)級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)種類(lèi)及特點(diǎn)(1)直接1：1傳動(dòng)可采用電機(jī)與主軸組件直聯(lián)方式或通過(guò)同步帶傳動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易獲得高轉(zhuǎn)速，

10、但低速扭矩小，一般只適用于高速和輕切削場(chǎng)合。(2)直接減速或升速傳動(dòng)常采用同步帶傳動(dòng)方式，也可采用齒輪傳動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。對(duì)于減速傳動(dòng)，可擴(kuò)大恒功率范圍和提高主軸扭矩，但擴(kuò)大和提高程度有限，或最高轉(zhuǎn)速受到限制。對(duì)于升速傳動(dòng)，可獲得高轉(zhuǎn)速，但縮小了恒功率范圍，降低了低速扭矩。(3)高低檔兩段變速傳動(dòng)一般采用齒輪兩檔變速機(jī)構(gòu)，可配合較為經(jīng)濟(jì)的額定轉(zhuǎn)速較大的無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)，既可獲得較高轉(zhuǎn)速，又可較大地拓寬恒功率范圍，提高低速扭矩，適合于要求達(dá)到較高轉(zhuǎn)速且可進(jìn)行較大切削量加工的場(chǎng)合。(4)高、中、低檔三段變速傳動(dòng)采用齒輪三檔變速機(jī)構(gòu)，配合較為經(jīng)濟(jì)的額定轉(zhuǎn)速較大的無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)，既可獲得較高轉(zhuǎn)速，又可大大拓

11、寬恒功率范圍，大大提高低速扭矩，適合于要求達(dá)到較高轉(zhuǎn)速且可進(jìn)行大切削量加工的場(chǎng)合，其機(jī)械性能幾乎與齒輪有級(jí)變速方式相同。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且由于采用齒輪多級(jí)傳動(dòng)方式，最高轉(zhuǎn)速受限更大。目前這種傳動(dòng)方式很少采用。從以上介紹可知，各種傳動(dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，關(guān)鍵是根據(jù)不同的使用要求選擇不同的傳動(dòng)方式。13關(guān)于高低檔兩段變速傳動(dòng)方式從以上分析可以看出，采用高低檔兩段變速傳動(dòng)方式，既可獲得較高轉(zhuǎn)速，又可較大的拓寬恒功率范圍，較大的提高低速扭矩，且結(jié)構(gòu)要比三段變速簡(jiǎn)單，因此是較為理想的傳動(dòng)方式。特別是，出于對(duì)電控系統(tǒng)價(jià)格的考慮，我們經(jīng)常采用額定轉(zhuǎn)速為1500rmin主軸電機(jī)。當(dāng)選用額定轉(zhuǎn)速大于或等于1000rra

12、in的主軸電機(jī)，且又要求具有較大的輸出恒功率范圍、較大的主軸低速扭矩和較高的主軸轉(zhuǎn)速，則必須采用高低檔兩段變速傳動(dòng)方式。同時(shí)可以看出，高低檔兩段變速傳動(dòng)方式的計(jì)算和設(shè)計(jì)要比直接傳動(dòng)方式復(fù)雜得多。不同的參數(shù)選擇可導(dǎo)致機(jī)械性能的不同，并適應(yīng)于不同的使用要求。因此，導(dǎo)出各設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算公式，分析各參數(shù)選擇對(duì)機(jī)械性能的影響，分析參數(shù)選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系，這對(duì)于主軸無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)于如何通過(guò)計(jì)算和設(shè)計(jì)達(dá)到數(shù)控機(jī)床的預(yù)定的技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)較好的制造工藝性和性能價(jià)格比，將具有重要的意義。2 高低檔兩段變速傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算和分析高低檔兩段變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有多種形式，但其分析計(jì)算是一樣的。在進(jìn)行機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，

13、一般情況下，是根據(jù)產(chǎn)品定位、用途、技術(shù)要求等因素，確定主電機(jī)功率及其額定轉(zhuǎn)速、主軸最高轉(zhuǎn)速、主軸最大扭矩等主要參數(shù)，再根據(jù)這些主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求特點(diǎn)，計(jì)算和確定主傳動(dòng)高檔和低檔減速比，及確定其它參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于采用兩檔傳動(dòng)方式?？赡軙?huì)產(chǎn)生在一定速度范圍內(nèi)功率損失的現(xiàn)象，這就是所謂的功率缺口。盡可能降低功率缺口也是確定主傳動(dòng)高檔和低檔減速比的主要依據(jù)之一。21高低檔減速比計(jì)算a)低檔減速比計(jì)算：1= m (1) M do其中：jl 低檔減速比M 主軸最大扭矩Mm主電機(jī)額定扭矩 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械效率b)高檔減速比計(jì)算：，= 旦 (2)11m其中： 2 高檔減速比1 電機(jī)使用最高轉(zhuǎn)速1

14、 主軸最高轉(zhuǎn)速22主軸額定轉(zhuǎn)速計(jì)算主軸額定轉(zhuǎn)速n ：n = (3)J1其中：n 主軸額定轉(zhuǎn)速1 0d 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速23功率損失或功率缺口計(jì)算高低檔的分界點(diǎn)轉(zhuǎn)速nn (4)J1在高檔轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，主軸最大扭矩M以：M m2= i 2 M故對(duì)應(yīng)于分界點(diǎn)轉(zhuǎn)速，主軸輸出功率處于最低狀態(tài)，最低功率Pj：經(jīng)高低檔變速后，主軸機(jī)械特性如圖2所示。我們稱(chēng) 為功率缺口，顯然 1，P 越小，則 越大，即功率缺口越大。24功率缺口轉(zhuǎn)速范圍計(jì)算以上算式反映了各主要技術(shù)參數(shù)的關(guān)系，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇、技術(shù)特性分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析具有重要作用。(1)低檔減速比對(duì)機(jī)械特性的影響和減速比選擇根據(jù)式(1)，低檔減速比由主軸最大扭矩和

15、電機(jī)最大扭矩決定。主軸最大扭矩越大，則低檔減速比越大；反過(guò)來(lái)，低檔減速比越大，則主軸最大扭矩越大。同時(shí)，根據(jù)式(3)，低檔減速比越大，則主軸額定轉(zhuǎn)速越小，即恒功率范圍就越擴(kuò)大。但根據(jù)式(5)、(6)、(7)，低檔減速比越大，則功率損失或功率缺口越大。所以必須綜合考慮和分析，選擇較大的低檔減速比，以保證得到較大的主軸最大扭矩和恒功率范圍，但低檔減速比又不能太大，否則功率損失太大，影響機(jī)床機(jī)械特性的程度大，達(dá)不到正常使用要求。一般選擇低檔減速比為355較為合適，具體選擇要綜合根據(jù)具體技術(shù)要求和使用要求而定。(2)高檔減速比對(duì)機(jī)械特性的影響和減速比選擇以往的技術(shù)文獻(xiàn)對(duì)高檔減速比的分析極少，只簡(jiǎn)單指出

16、高檔減速比一般為1。根據(jù)式(5)、(6)、(7)，高檔減速比越大，則功率損失越小；同時(shí)根據(jù)式(3)和式(1O)，高檔減速比越大，則功率缺口轉(zhuǎn)速范圍越小。所以，高檔減速比大對(duì)機(jī)械特性是好的。但也是根據(jù)式(2)，在主軸最高轉(zhuǎn)速一定的情況下，高檔減速比越大，則電機(jī)使用最高轉(zhuǎn)速也越大。我們知道，在進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇時(shí)，不一定選擇到電機(jī)真正的最高轉(zhuǎn)速，至于選擇多大，要進(jìn)行綜合分析。從以上分析可知，電機(jī)使用最高轉(zhuǎn)速越大，則對(duì)機(jī)械特性越好，但電機(jī)使用最高轉(zhuǎn)速越大，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機(jī)械加工精度要求也越高，成本增加，經(jīng)濟(jì)性降低，在一定程度上成為矛盾。所以，一般選擇高檔減速比為115，而不必限制為1。(3)功率缺口的

17、分析根據(jù)式(5)，在電機(jī)特性和主軸最高轉(zhuǎn)速確定后，最低功率與高、低檔減速比有關(guān)。選擇大的高檔減速比和小的低檔減速比，則最低功率就越大，即功率損失就越小。但從以上的分析也已知道，高檔減速比大則對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機(jī)械加工精度要求就高；低檔減速比小，則會(huì)導(dǎo)致主軸最大扭矩小和恒功率范圍小，影響機(jī)械特性。這是一個(gè)矛盾。我們可以加大主電機(jī)額定功率來(lái)彌補(bǔ)功率損失的影響，這樣又會(huì)加大成本。所以，在一般情況下，是允許功率缺口存在的，允許功率缺口的大小視具體使用要求和技術(shù)要求而定，一般為不大于12-15，特殊情況下可以大些。3結(jié)束語(yǔ)在進(jìn)行數(shù)控銑床或加工中心的兩段變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)主要設(shè)計(jì)參數(shù)、機(jī)械特性和

18、使用要求進(jìn)行綜合考慮和分析，既要實(shí)現(xiàn)好的機(jī)械特性和滿足使用要求，又要滿足制造工藝性和適應(yīng)經(jīng)濟(jì)性要求。根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，一般取高檔減速比為115；低高檔減速比為355；功率缺口一般為不大于12 15。對(duì)數(shù)控機(jī)床而言，機(jī)床動(dòng)態(tài)特性的好壞將直接影響其加工性能。整個(gè)數(shù)控機(jī)床是一個(gè)十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，床身在整個(gè)機(jī)床的組成部分中起著支撐工件、工作臺(tái)、立柱等關(guān)鍵部件的作用。這里，以大型數(shù)控銑床床身為例，對(duì)床身的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。1 床身的動(dòng)態(tài)特性分析11 基本原理動(dòng)態(tài)特性分析主要是指對(duì)固有頻率和主振型的分析，一般可通過(guò)無(wú)阻尼自由振動(dòng)方程計(jì)算固有特性。系統(tǒng)的振動(dòng)可以表達(dá)為各階固有振型的線性組合，其中低階固有振型要

19、比高階固有振型對(duì)系統(tǒng)的振動(dòng)影響大，因此低階振型對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性起決定作用，故在進(jìn)行系統(tǒng)的振動(dòng)特性的分析計(jì)算時(shí)通常取前5階。12 算例分析床身建模是在SolidWorks中完成的。床身為鑄造結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)4 950 mm，寬1 800 mm，高680 mm。筋板厚度30 mm。對(duì)床身的動(dòng)態(tài)特性分析主要是應(yīng)用ANSYSWorkbench軟件。把模型導(dǎo)入ANSYS Workbench前，要對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，將尺寸較小的螺紋孔、凸臺(tái)、凹槽、倒角都忽略不計(jì)。床身的簡(jiǎn)化模型見(jiàn)圖l。床身的網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖2，網(wǎng)格數(shù)為52 477，單元數(shù)為25 827。筋板結(jié)構(gòu)布局有井型、米型、w 型、圓型。參考其他資料，前3種以井型最

20、好，故這里只對(duì)比井型和圓型結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖3。兩種筋板結(jié)構(gòu)的主振型圖基本相同，見(jiàn)圖4。第1階振型為床頭圍繞 方向的彎曲振動(dòng)，在yz平面基本沒(méi)有振動(dòng)，彎曲振動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)是床身的中部。第2階振型為繞y軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，薄弱環(huán)節(jié)在橫梁的左中部。第3階振型為繞y軸的扭轉(zhuǎn)、 軸的彎曲加繞z軸的少量彎曲，薄弱環(huán)節(jié)在床身中部和橫梁中部。第4階振型為床身橫梁處繞y軸的彎曲。第5階振型為向 軸正向的彎曲加沿y軸負(fù)向遞增的彎曲，薄弱環(huán)節(jié)在橫梁處。兩種結(jié)構(gòu)的出砂孔的面積是相同的，即兩種結(jié)構(gòu)床身的重量是相同的。由表1可知，在重量相同的情況下，圓型結(jié)構(gòu)動(dòng)、靜態(tài)剛度都要比井型結(jié)構(gòu)的好。2 筋板厚度對(duì)床身動(dòng)態(tài)性能的影響床身的橫梁為薄

21、弱環(huán)節(jié)處，且為主要承載區(qū)。橫梁的變形在x方向最大(床身的寬度方向)。本文以床身的固有頻率大小作為衡量結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)劣的指標(biāo)，討論橫梁x方向的筋板厚度對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響。筋板厚度分別為25 mm、30 inm、35 mm時(shí)床身的固有頻率見(jiàn)表2。由表2可以看到。筋板厚度為25 mm時(shí)床身的固有頻率要比30 mm的高床身重量也減輕了；筋板厚度為35 mn1時(shí)床身的重量要比30 mm的高，而35 mm的前3階頻率比30 mm低后兩階頻率比3O toni的高。由e 第5 振型此我們還可以得出這樣的結(jié)論：增加筋板厚度并不一定就可以增加床身的固有頻率，所以盲目增加筋板厚度是不正確的。3 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)對(duì)不同筋板床

22、身的動(dòng)態(tài)分析的比較，討論不同筋板布局對(duì)機(jī)床床身動(dòng)態(tài)性能的影響，并找出床身筋板布局的優(yōu)選方案；另外通過(guò)對(duì)X方向筋板厚度的分析，發(fā)現(xiàn)在重量最輕的前提下，可使床身有較好的動(dòng)態(tài)性能。這些為床身的最優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。在壓力波動(dòng)不大時(shí)，如圖3所示b區(qū)域，雖不穩(wěn)定，但不至于發(fā)生喘振。據(jù)試驗(yàn)和數(shù)值模擬得出結(jié)論，只有在運(yùn)行工況點(diǎn)離峰值點(diǎn)較遠(yuǎn)(離零流量點(diǎn)較近)時(shí)(如圖3所示c區(qū)域內(nèi))，風(fēng)機(jī)才會(huì)發(fā)生喘振。當(dāng)風(fēng)量降為最大風(fēng)量的23左右時(shí)，將發(fā)生喘振，風(fēng)壓為最大壓升的5O左右。定常模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果吻合較好，它們之間的微小偏差是由于對(duì)旋葉輪流場(chǎng)強(qiáng)烈的非定常效應(yīng)造成的。3 結(jié)論采用(CFD)商用軟件對(duì)對(duì)旋風(fēng)

23、機(jī)失速與喘振發(fā)生時(shí)的全流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)數(shù)值模擬的結(jié)果，可以定性地分析不同壓力和流量下失速和喘振發(fā)生時(shí)的內(nèi)流變化，其數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果符合較好。計(jì)算表明(CFD)數(shù)值模擬方法可以真實(shí)揭示風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可靠地進(jìn)行風(fēng)機(jī)性能預(yù)測(cè)，減少試驗(yàn)次數(shù)及費(fèi)用，提高風(fēng)機(jī)產(chǎn)品性能，減少開(kāi)發(fā)周期。針對(duì)復(fù)雜曲面的加工需要，目前主要存在兩大問(wèn)題：(1)多軸數(shù)控銑床雖然已經(jīng)取得了較大進(jìn)步，但其技術(shù)含量高、成本高，超出了中小型企業(yè)經(jīng)濟(jì)承受能力；(2)大量的傳統(tǒng)銑床加工能力有限，不能加工較為復(fù)雜的曲面。為了解決存在的問(wèn)題，充分利用大量傳統(tǒng)立式銑床的資源，哈爾濱工業(yè)大學(xué)對(duì)傳統(tǒng)立式銑床進(jìn)行改造，加裝6自由度并聯(lián)

24、工作臺(tái)，形成6-TPS并聯(lián)平臺(tái)型數(shù)控銑床，擴(kuò)展了傳統(tǒng)立式銑床的加工能力。工件的加工精度很大程度上取決于銑床的各類(lèi)結(jié)構(gòu)參數(shù)的標(biāo)定，本文的平臺(tái)型銑床的結(jié)構(gòu)參數(shù)達(dá)到5O個(gè)，而且存在較強(qiáng)的耦合性。目前，國(guó)內(nèi)外采用的并聯(lián)機(jī)床的標(biāo)定方法主要有LlI9：(1)直接法，(2)開(kāi)環(huán)法，(3)閉環(huán)法，(4)任意性能評(píng)估檢驗(yàn)法，(5)序列法，(6)樣件法。這些標(biāo)定方法主要針對(duì)于刀具裝卡在并聯(lián)機(jī)構(gòu)的某一運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的一類(lèi)銑床，而本文的銑切頭安裝在一活動(dòng)懸臂梁上，獨(dú)立于并聯(lián)機(jī)構(gòu)，主軸懸臂梁可能處于不同的位置，因而需要對(duì)該型銑床結(jié)構(gòu)參數(shù)的標(biāo)定及刀具的定位進(jìn)行深入研究。1 6-TPS并聯(lián)平臺(tái)型數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)參數(shù)及標(biāo)定方法圖1為

25、6-TPS并聯(lián)平臺(tái)型數(shù)控銑床，銑床由傳統(tǒng)立銑和6自由度并聯(lián)工作臺(tái)組成。改變銑切頭的位置即可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)立銑加工和復(fù)雜曲面的加工。圖2是銑床的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖。以一支路為例介紹如下：下平臺(tái)虎克鉸在基座坐標(biāo)系0sX ysz中的坐標(biāo)為( Y ： )( =1，2， ，6)，上平臺(tái)3自由度虎克鉸在上平臺(tái)坐標(biāo)系o X ，yMZ中的坐標(biāo)為(“ ，Y )( 一1，2， ，6)，桿長(zhǎng)參數(shù)為 ，( 一12 ，6)，工作臺(tái)表面在上平臺(tái)坐標(biāo)系中的傾斜姿態(tài)角度參數(shù)為(a， )，上平臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)到工作臺(tái)表面的高度參數(shù)(即上平臺(tái)的厚度參數(shù))為h銑床刀頭點(diǎn)在基座坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(z，。 ，)，刀具相對(duì)于該系的姿態(tài)參數(shù)為(a， )，

26、共有5O個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)。在文獻(xiàn)Elo3中，對(duì)并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，構(gòu)建各種誤差模型，引入所有的誤差源。對(duì)于6-TPS并聯(lián)平臺(tái)型銑床來(lái)說(shuō)，誤差模型引入所有的誤差源存在以下問(wèn)題：(1)各參數(shù)精確度不同；(2)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)位置參數(shù)同刀具的位姿參數(shù)、工作臺(tái)的厚度參數(shù)、夾刀點(diǎn)的高度參數(shù)之間存在耦合；(3)工作臺(tái)面的傾斜角度參數(shù)同刀具軸線的傾斜角度參數(shù)存在耦合；(4)參數(shù)的確定需要考慮多個(gè)坐標(biāo)系。由于這些問(wèn)題的存在，本文采用了加權(quán)分類(lèi)隔離的標(biāo)定方法，具體方法如下：(1)首先降低耦合性，將這些參數(shù)分類(lèi)隔離成5類(lèi)，依次分為：工作臺(tái)面的水平度參數(shù)；工作臺(tái)的厚度參數(shù)及刀具水平位置參數(shù)；刀頭點(diǎn)的高度參數(shù)；并聯(lián)

27、機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)；刀具軸線方向的傾斜角度參數(shù)。(2)分離后，對(duì)各類(lèi)參數(shù)給以不同的權(quán)值(1或0)：1表示該類(lèi)參數(shù)存在誤差，需要修正；0表示該類(lèi)參數(shù)不存在誤差，暫定為真實(shí)值，不對(duì)標(biāo)定結(jié)果產(chǎn)生影響。(3)分別設(shè)定并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)的權(quán)值為0，刀具的位姿參數(shù)權(quán)值為1，控制工作臺(tái)作程序化運(yùn)動(dòng)，標(biāo)定出刀具的位姿參數(shù)，然后互換其權(quán)值，借助刀具的位姿參數(shù)標(biāo)定并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，經(jīng)過(guò)數(shù)輪標(biāo)定即可完成銑床各類(lèi)參數(shù)的確定。限于篇幅，本文主要介紹工作臺(tái)的厚度參數(shù)、刀具位置參數(shù)，及并聯(lián)機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)位置參數(shù)的標(biāo)定工作。其他各類(lèi)參數(shù)的標(biāo)定方法可見(jiàn)參考文獻(xiàn)11。2 工作臺(tái)厚度參數(shù)和刀具水平位置參數(shù)標(biāo)定工件的裝夾定位，需要知道工作臺(tái)

28、的厚度參數(shù)h。若該參數(shù)不精確，將會(huì)導(dǎo)致加工點(diǎn)的坐標(biāo)整體上下平移，而且?guī)ё藨B(tài)加工時(shí)，會(huì)引人不確定的誤差。利用三點(diǎn)定面的方法可以求出工作臺(tái)面的法線矢量，進(jìn)而獲取工作臺(tái)面的傾斜角度參數(shù)(a，p)口1j，利用修正后的結(jié)構(gòu)參數(shù)刷新數(shù)控系統(tǒng)，使工作臺(tái)面能夠處于精確水平狀態(tài)，繼而進(jìn)行厚度參數(shù)和刀具水平位置參數(shù)的標(biāo)定。在工作臺(tái)面上加工一個(gè)輔助工藝孔，如圖3(a)所示。通過(guò)手控模塊控制測(cè)頭在工藝孔內(nèi)腔壁，等高度依次相對(duì)平動(dòng)3個(gè)位置，使測(cè)頭與工藝孔內(nèi)壁接觸，觸發(fā)并計(jì)算出上平臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)在基座坐標(biāo)系中的位置 ，A ，A 。測(cè)頭中心到工藝孔中心的距離恒定為d=Rr和R依次為測(cè)頭和工藝孔的半徑，如圖3(b)所示。利用三

29、點(diǎn)定圓的原理，A ，l ，A 三個(gè)位置矢量可以確定該圓的圓心矢量C 一c ， ，該矢量的和y向分量是測(cè)頭的名義水平位置。由于加工誤差的存在，工藝孔圓心坐標(biāo)A 4。， 1 與上平臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)坐標(biāo)A ， ，A 存在一個(gè)誤差A(yù)c。故測(cè)頭中心點(diǎn)(即刀頭點(diǎn))在基座坐標(biāo)系中的位置矢量滿足c c + c (1)c是上平臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)到工藝孔圓心的水平矢量，也是實(shí)際刀頭點(diǎn)與名義刀頭點(diǎn)在水平方向上的距離，該距離對(duì)刀具的平動(dòng)加工不存在誤差。但當(dāng)工作臺(tái)帶姿態(tài)加工時(shí)，將產(chǎn)生誤差。因此需要進(jìn)行標(biāo)定。上平臺(tái)厚度的標(biāo)定如圖4所示，虛線測(cè)頭是名義測(cè)頭位置，以虛線測(cè)頭的軸線在基座坐標(biāo)系中的投影點(diǎn)為圓心，RM為半徑的圓周是上平臺(tái)坐

30、標(biāo)系原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡在基座坐標(biāo)系中的投影圓；(P肌，PM,)為上平臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)在投影圓上的坐標(biāo)；d為實(shí)際測(cè)頭與上平臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)的水平距離；H 為上平臺(tái)的厚度h與測(cè)頭半徑，的和；Az為上平臺(tái)水平觸發(fā)測(cè)頭和帶姿態(tài)觸發(fā)測(cè)頭的高度差； 為由距離d產(chǎn)生的高度差；a和 為上平臺(tái)的傾斜方向角和傾斜角； 為工作臺(tái)面上沿(PM ，PM )到( ，f )方向上的傾斜角。參數(shù)d，RM， 和 之間的關(guān)系如圖5所示。d一(Rfsin0) + (Rjlfcos0+ lc1) (2)式中0表示矢量c與RM間的夾角，范圍為0360。cos0,一( + 尺 一fc I )(2dR】lf) (3)tanfl 一(RMtanf1)(R

31、 cos01) (4)由圖4可知(H + 一& )cosy= H (5)九 = 一一 ， (6)& 一 + dtany H (7)厚度參數(shù)標(biāo)定過(guò)程如下：(1)控制上平臺(tái)水平狀態(tài)平動(dòng)觸發(fā)測(cè)頭，獲取當(dāng)前上平臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)的高度z。(見(jiàn)圖4)；(2)控制上平臺(tái)離開(kāi)測(cè)頭，注意保證上平臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)在基座坐標(biāo)系的投影落在投影圓上，在任一位置，使上平臺(tái)帶姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，傾斜角度為 ，傾斜方向角a由上平臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)的水平位置參數(shù)(尸m，尸m)和名義測(cè)頭的水平位置(c ，f )確定(P 一c ) 一 ： 一(PM 一c )M 一(8)(9)(3)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)完成后，控制上平臺(tái)向上作平動(dòng)，觸發(fā)測(cè)頭獲取當(dāng)前上平臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)的高

32、度： ，從而獲取上平臺(tái)的下降量Az=z。-Z。；上平臺(tái)的下降量Az與角度 之間的關(guān)系如圖6所示，(+型線)是實(shí)際測(cè)頭與名義測(cè)頭間距為0時(shí)，上平臺(tái)的下降量，由圖可知當(dāng)間距為0時(shí)，下降量為一恒定值；(0型線)是兩者間距不為0時(shí)上平臺(tái)的下降量；同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)若尺 ，取合適的參數(shù)，上平臺(tái)下降量呈類(lèi)似余弦曲線分布下降量存在最值一0時(shí)有 = 一Hcop+tanfl(R,1+lcI)一H ；一 時(shí)有? 一 ， 一ttcosp+tanfl(RMIc1)一H ；(4)上述兩式相減得Az 一Az ： 2 Ictan? (10)從而獲取實(shí)際測(cè)頭與名義測(cè)頭之間的距離ic IIc= ( 一：)2tanfl (11)利用

33、和lc，可得上平臺(tái)的厚度參數(shù)hh一(2 一(R，+lc)-tanf1)cosfl(1一cos)一 (12)利用lc l。名義測(cè)頭的水平位置參數(shù)(c ，c )以及上平臺(tái)下降量最大時(shí)對(duì)應(yīng)的上平臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)的位置坐標(biāo)P 一尸 ，尸 可以求出銑床刀頭標(biāo)定后的水平位置坐標(biāo)f c 一當(dāng)上平臺(tái)的工作臺(tái)面傾斜角度參數(shù)、工作臺(tái)的厚度參數(shù)h標(biāo)定完成后，修正數(shù)控系統(tǒng)。裝夾刀長(zhǎng)為 的刀具，借助手控模塊控制上平臺(tái)水平向上運(yùn)動(dòng)，觸發(fā)刀頭點(diǎn)從而可以獲取刀頭點(diǎn)的高度HtI = tI，+ ，2+ h (14)式中，l，為觸發(fā)刀頭點(diǎn)時(shí)上平臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)的高度；，z為上平臺(tái)的厚度參數(shù)；h 為對(duì)刀器的高度。刀具更換后，需要重新確定刀頭

34、點(diǎn)的高度。如更換后的刀具長(zhǎng)度為 設(shè)新的刀頭點(diǎn)的高度為 ，則tI，： II，一( ，一，J ) (15)3 并聯(lián)機(jī)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定當(dāng)前3類(lèi)參數(shù)標(biāo)定完成后，可以對(duì)并聯(lián)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，設(shè)置前3類(lèi)參數(shù)的權(quán)值為0視這些參數(shù)為準(zhǔn)確值用來(lái)修正并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)誤差。由于6根桿的桿長(zhǎng)參數(shù)經(jīng)過(guò)高精度3坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的測(cè)量精度要遠(yuǎn)高于所有鉸點(diǎn)的36個(gè)位置參數(shù)故設(shè)6個(gè)桿長(zhǎng)參數(shù)的權(quán)值為0。鉸點(diǎn)36個(gè)位置參數(shù)分別是上平臺(tái)6個(gè)三自由度虎克鉸18個(gè)位置參數(shù)( 一3 )下平臺(tái)6個(gè)虎克鉸l8個(gè)位置參數(shù)( ，3 )這些參數(shù)的權(quán)值設(shè)為1。參數(shù)標(biāo)定的結(jié)果需滿足下列要求：(1)確保標(biāo)定后的結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入數(shù)控系統(tǒng)后，控制上平臺(tái)處于水平狀態(tài)時(shí)，

35、測(cè)頭在工作臺(tái)面隨意采集不共線的3個(gè)點(diǎn)三點(diǎn)確定的平面法線應(yīng)該垂直于基座坐標(biāo)系水平面；(2)確保水平狀態(tài)的上平臺(tái)平動(dòng)觸發(fā)測(cè)頭，獲取此時(shí)測(cè)頭中心點(diǎn)的高度依舊等于標(biāo)定前的測(cè)頭中心點(diǎn)高度；(3)確保在工件坐標(biāo)系中可加工的工作空間范圍內(nèi)，坐標(biāo)系Xy，Z三個(gè)方向上距離誤差均處于允許誤差范圍內(nèi)；(4)確保測(cè)頭中心點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的聚點(diǎn)性即控制測(cè)頭相對(duì)于工件坐標(biāo)系位置固定，測(cè)桿相對(duì)工件坐系帶姿態(tài)運(yùn)動(dòng)要求測(cè)頭位置跳動(dòng)誤差在允許誤差范圍內(nèi)。31 誤差建模由結(jié)構(gòu)誤差造成的刀具(或測(cè)頭)實(shí)際位姿與名義位姿之間的誤差與并聯(lián)機(jī)構(gòu)36個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)的誤差之間的關(guān)系可以表示為AE = M Es (16)式中：AE為各種測(cè)量方式下所

36、得的實(shí)際值與測(cè)量值之間的誤差向量，AE：( ，P：， ，P “， ) ，不同元素代表不同的測(cè)量方式獲取的相應(yīng)誤差川可以根據(jù)需要隨意確定，理論上越多越好；S為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差構(gòu)成的 維誤差向量，AS一( 1， 2， ，As ) ，1 ， 42，不考慮桿長(zhǎng)因素，則 ， 一36，故s為并聯(lián)機(jī)構(gòu)36個(gè)鉸點(diǎn)位置誤差參數(shù)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)誤差向量；M s為誤差傳遞矩陣，該矩陣中的每一元素M ( )( 一1，2， ，i； 一1。2 171)表示并聯(lián)機(jī)構(gòu)的第J個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)第i種測(cè)量方式的誤差傳遞系數(shù)，誤差傳遞矩陣各元素的確定可參考文獻(xiàn)1O。32 結(jié)構(gòu)誤差向量的數(shù)值求解有了誤差傳遞矩陣 使用標(biāo)準(zhǔn)量塊進(jìn)行標(biāo)定利用名

37、義測(cè)量值和量塊的真實(shí)值之間的誤差，通過(guò)數(shù)值算法可以獲取結(jié)構(gòu)參數(shù)的誤差向量。重新整理式(1 6)，把各種測(cè)量方式的測(cè)量誤差結(jié)果分成兩類(lèi)：位置誤差P 和姿態(tài)誤差P 。同時(shí)誤差傳遞矩陣也分為位置誤差傳遞矩陣 和姿態(tài)誤差傳遞矩陣 考慮到兩者精度要求的不同需要對(duì)兩類(lèi)誤差進(jìn)行加權(quán)處理，協(xié)調(diào)兩者之間的比例。建立控制殘余誤差的目標(biāo)函數(shù)為： op&e 一 s (17)L“ A e，J L J式中 和03, 分別為位置誤差和姿態(tài)誤差的權(quán)值矩陣。采用結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)C為C D D (18)以式(18)為目標(biāo)的優(yōu)化公式，采用改進(jìn)后的共軛梯度法，該方法的第一個(gè)搜索方向取負(fù)梯度方向，也就是最速下降法。其余各步的搜索方

38、向是將負(fù)梯度偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度進(jìn)行修正。該方法具有最速下降法的優(yōu)點(diǎn)，而且收斂速度比最速下降法快，克服了最速下降法的鋸齒現(xiàn)象，并且具有二次收斂性L1 。優(yōu)化函數(shù)是36元的二次函數(shù)，優(yōu)化過(guò)程中需要頻繁進(jìn)行求導(dǎo)、方程求解，數(shù)值計(jì)算非常繁瑣，本文采用了Matlab工具中的符號(hào)運(yùn)算。優(yōu)化過(guò)程原理圖如圖7所示。圖中g(shù) 為第k次迭代點(diǎn)處的梯度；d 為第k次迭代點(diǎn)處的共軛方向；a 為第k次迭代時(shí)的步長(zhǎng)；g 和d 之間滿足如下三個(gè)關(guān)系等式C( )一oyo 一(12)(zXS)TG(AS)+b (zZxS)+ c (19)d ( +1一g )一0 (20)d， Gd 一0 (21)式中G為海賽(Hessian)矩陣；b

39、 為一梯度向量；c為標(biāo)量。共軛梯度法判斷程序是否結(jié)束的條件是最后迭代點(diǎn)處梯度的模是否小于給定允許值。但當(dāng)該模非常小，變量多達(dá)36個(gè)，優(yōu)化時(shí)間非常長(zhǎng)，甚至無(wú)法獲取最終優(yōu)化結(jié)果。為了解決該問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，修改條件為標(biāo)定誤差的殘差是否小于給定允許值。試驗(yàn)表明，該方法優(yōu)化速度較快，經(jīng)過(guò)多次優(yōu)化，可以獲取最優(yōu)結(jié)果。4 標(biāo)定試驗(yàn)經(jīng)過(guò)上平臺(tái)水平度標(biāo)定后的上下平臺(tái)鉸點(diǎn)的位置參數(shù)如表1所示，標(biāo)定過(guò)程略。在上平臺(tái)的中心位置加工一個(gè)具有一定深度的工藝孔，利用三點(diǎn)定圓的原理確定測(cè)頭點(diǎn)(tg是刀頭點(diǎn))中心水平位置，計(jì)算結(jié)果為(O300和70343 mm)，以該位置為名義圓心，確定一個(gè)半徑RM一60 mm 的圓周

40、，在該圓周上，讓上平臺(tái)帶一姿態(tài)角 一12。運(yùn)動(dòng)，傾斜方向角a由測(cè)頭名義位置和上平臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)在圓周上的位置確定。上平臺(tái)在圓周上傾斜方向角以1。為步長(zhǎng)，帶姿態(tài)依次運(yùn)動(dòng)并觸發(fā)測(cè)頭，采集一系列上平臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)在基座坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)，見(jiàn)表2。利用極值的高度差和章動(dòng)角 可以獲取測(cè)頭實(shí)際水平位置與名義水平位置之間的水平距離為19889mm。利用位置序號(hào)270處的上平臺(tái)水平位置坐標(biāo)，以及名義測(cè)頭位置、測(cè)頭實(shí)際與名義位置值間的數(shù)學(xué)關(guān)系，可以計(jì)算出測(cè)頭的實(shí)際水平位置(0300和90232 mm)以及上平臺(tái)的厚度參數(shù)96525 mm，借助對(duì)刀器可以確定銑床刀具裝卡位置相對(duì)于基座坐標(biāo)系的坐標(biāo)為(0300，9023

41、2和961694 mm)。完成刀具參數(shù)的標(biāo)定工作后，互換權(quán)值標(biāo)定并聯(lián)機(jī)構(gòu)的36個(gè)位置參數(shù)，采集一系列位姿點(diǎn)，各位姿點(diǎn)均相對(duì)于上平臺(tái)坐標(biāo)系，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。第1類(lèi)數(shù)據(jù)用于標(biāo)定上平臺(tái)的水平度以及測(cè)頭中心點(diǎn)的高度，具體方法是采集水平工作臺(tái)上表面的若干個(gè)測(cè)量點(diǎn)，獲取測(cè)頭中心點(diǎn)在工作臺(tái)表面的高度與實(shí)際高度值的誤差。第1IX類(lèi)，IIY類(lèi)，IIZ類(lèi)數(shù)據(jù)分別用于標(biāo)定測(cè)頭中心點(diǎn)在上平臺(tái)坐標(biāo)系中x 軸，y軸，z軸方向上的誤差，具體方法是在水平工作臺(tái)上裝卡各種長(zhǎng)度的量塊，利用測(cè)頭測(cè)量各方向上的長(zhǎng)度值，獲取與真實(shí)值之間的誤差。第1II類(lèi)數(shù)據(jù)用于標(biāo)定測(cè)桿的聚點(diǎn)性，具體作法是首先獲取一傾斜工作臺(tái)面的法向矢量，然后讓測(cè)頭中心點(diǎn)

42、在上平臺(tái)坐標(biāo)系中的位置固定，測(cè)桿在進(jìn)動(dòng)角360。范圍內(nèi)相對(duì)傾斜10。，控制測(cè)頭在上平臺(tái)坐標(biāo)系z(mì)軸方向運(yùn)動(dòng)觸發(fā)傾斜平面，最后獲取測(cè)頭的相對(duì)位置坐標(biāo)在法向矢量上的投影位置的誤差。獲取各種誤差，利用改進(jìn)的共軛梯度修正法，對(duì)誤差源進(jìn)行修正，修正后的殘余誤差見(jiàn)表3的最后一列，從表中可以看出該方法一次性即可把最大誤差一0707降至0027。表明該方法快速有效。5結(jié)束語(yǔ) 針對(duì)6一TPS并聯(lián)平臺(tái)型數(shù)控銑床銑切頭和銑床參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定后的銑床刀具相對(duì)于工件聯(lián)工作臺(tái)分離，且存在較強(qiáng)耦合性的特點(diǎn)借助于 坐標(biāo)系的位置精度明顯提高，表明該方法有效。目前已運(yùn)用于哈平臺(tái)型數(shù)控銑床的標(biāo)定。除此之外，近年來(lái)固體潤(rùn)滑也已經(jīng)成為

43、摩擦學(xué)(摩擦、磨損與潤(rùn)滑)領(lǐng)域重要的研究課題之一。固體潤(rùn)滑涂層技術(shù)是指將固體物質(zhì)涂或鍍于摩擦副界面，作為固體潤(rùn)滑材料或固體潤(rùn)滑劑，對(duì)摩擦副界面進(jìn)行潤(rùn)滑的方法，以降低摩擦或減少磨損。利用固體潤(rùn)滑材料進(jìn)行潤(rùn)滑的方法稱(chēng)為固體潤(rùn)滑。摩擦副表面實(shí)施固體潤(rùn)滑涂層處理可在高溫、高負(fù)荷、超低溫、超高真空、強(qiáng)氧化還原、強(qiáng)輻射、少油或無(wú)油潤(rùn)滑的工況下使用，明顯降低摩擦因數(shù)，提高耐磨性能，既可簡(jiǎn)化潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)又提高了設(shè)備的可定位精度為002300 mm。經(jīng)分析計(jì)算，機(jī)床選用NL3008型內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，滾珠絲杠采用一端軸向固定，一端游動(dòng)的支承方式。固定端采用4個(gè)接觸角為25。的角接觸球軸承，2個(gè)同向、面對(duì)面安裝，加上預(yù)緊，軸向剛度和承載能力能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選用由奧托尼克斯電子(嘉興)有限公司生產(chǎn)的具有制動(dòng)功能的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為A1l0KG5913。小型數(shù)控鉆銑床的機(jī)械部分設(shè)計(jì)的研究工作包括總體布局、主傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸組件和進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)。歸納研究成果，得出如下結(jié)論。1)總體設(shè)計(jì)采用單立柱布置方案，加工精度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)