2.1控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)方案 控制系統(tǒng)硬件組成如圖2，主要包括以下部分: (1)三菱萬飛ZN系列可編程序控制器，具體配工為:FX2N-16MR基本單元、FX2N-232-BD通信擴(kuò)展板、FX2N-20GM位置控制單元、FX2N-4AD和FX2N-4AD-PT棋擬It粗人棋塊。 (2)陰極振動進(jìn)給控制:FX2N-20GM定位單元與交流伺服電機(jī)驅(qū)動器相連，定位單元根據(jù)設(shè)置的速度參數(shù)或位工參數(shù)發(fā)出脈沖信號，伺服驅(qū)動器接收脈沖信號馭動電機(jī)旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動振動進(jìn)給裝t實(shí)現(xiàn)往復(fù)振動進(jìn)給。 (3)周期性放電控制:在觸摸屏上設(shè)定放電位置和放電時(shí)間參數(shù)，再由PLC通過通信擴(kuò)展板將設(shè)定的參數(shù)發(fā)送給Atmega16單片機(jī)。單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)接收到的參數(shù)和來自光電開關(guān)的中斷信號決定脈沖上升沿時(shí)刻和脈沖寬度.IGBT驅(qū)動板接收該脈沖信號，控制IGBT棋塊在設(shè)定的位1導(dǎo)通或關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)在正確位置實(shí)時(shí)放電。 (4)模擬f擴(kuò)展模塊:FX2N-4AD實(shí)時(shí)側(cè)It加工區(qū)進(jìn)口處和出口處的電解液壓力。FX2N-4AD-PT實(shí)時(shí)側(cè)I進(jìn)口處、出口處以及電解液池的溫度。 (5)觸摸屏:作為人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)監(jiān)側(cè)和控制。
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目前，基于離散三角網(wǎng)格模型(如STL模型)的刀具軌跡生成方法主要采用截面法:(1)網(wǎng)格模型生成刀觸點(diǎn).再根據(jù)刀觸點(diǎn)生成刀位點(diǎn)，又稱為CC(Cutter Contact)路徑截面法;(2)先由網(wǎng)格模型生成網(wǎng)格偏2模型，然后根據(jù)偏里模型生成刀位點(diǎn)軌跡，又稱為CL (Cutter Location)路徑截面法。 除采用截面法外，還有一些學(xué)者針對三角網(wǎng)格模型的刀位軌跡的求取提出其他不同的方法。邢曉紅(1采用映射的方法，將模型映射到平面區(qū)域，實(shí)現(xiàn)三角網(wǎng)格參數(shù)化，求取刀觸點(diǎn)軌跡后再將其投影回網(wǎng)格模型生成相應(yīng)的刀觸點(diǎn)軌跡，最后將刀觸點(diǎn)軌跡轉(zhuǎn)化為刀位點(diǎn)軌跡。JUN等[f,6)采用直接由模型生成無干涉刀位點(diǎn)的方法，在給定刀具中心位it的情況下，將刀具從高處垂直向下移動，當(dāng)?shù)毒叱醮谓佑|零件模型表面時(shí)，將此時(shí)的位里作為刀位點(diǎn).再根據(jù)步長類似地獲取其他刀位點(diǎn)。范立成等針對平底刀，提出矩形包絡(luò)的方法快速求取在刀具于STL模型投影區(qū)內(nèi)三角面片的最商頂點(diǎn)，計(jì)算平面、頂點(diǎn)、三條邊與刀具的接觸點(diǎn)后與該投影區(qū)域的三角面片的最高頂點(diǎn)比較從而得到刀位點(diǎn)。
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電氣方面的原因 從圖1可以看出，如果機(jī)床一直處于急停狀態(tài)，首先檢查急停回路中KA繼電器是否吸合:繼電器如果吸合而系統(tǒng)仍然處于急停狀態(tài)，可以判斷出故障不是出自電氣回路方面，這時(shí)可以從其他方面查找原因;如果繼電器沒有吸合.可以荊斷出故障是因?yàn)榧蓖；芈窋嗦芬?這時(shí)可以利用萬用表對整個(gè)急停回路進(jìn)行檢查.檢查急停按鈕的常閉觸點(diǎn)，并確認(rèn)急停按鈕或者行程開關(guān)是否扭壞。急停按鈕是急停回路中的一部分.急停按鈕的損壞，可以造成整個(gè)急停回路的斷路。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，是系統(tǒng)信號不能正常輸人輸出或復(fù)位條件不能滿足引起的急停故障。 若PLC軟件未向系統(tǒng)發(fā)送復(fù)位信息，則檢查KA中間繼電器.檢查PLC程序。復(fù)位條件未滿足 該故障是指松開急停按鈕，PLC中規(guī)定的系統(tǒng)復(fù)位所需要完成的信息未潤足要求，如伺服動力電譚準(zhǔn)備好、主軸馭動準(zhǔn)備好等信息;或者是PLC程序編寫錯(cuò)誤，防護(hù)門沒有關(guān)緊等。
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工件要求 圖1為該支架局部腔體結(jié)構(gòu)示意圖，腔深一45 mm，四周壁厚3+-0.1 mm，左右2側(cè)邊厚度3 mm尺寸一致性要好，該零件會在高速旋轉(zhuǎn)下進(jìn)行工作，尺寸不均勻會導(dǎo)致離心率不同，從而影響到雷達(dá)整機(jī)的使用性能。 該零件加工主要難度在于如何保證四周尺寸，因壁厚薄，加工中產(chǎn)生“震刀”現(xiàn)象，尺寸、表面粗糙度不易達(dá)到圖紙要求。工藝流程 該工件工藝流程主要控制點(diǎn)在數(shù)控銑，同時(shí)工件有8處很深的清角需要加工，完全采用電火花加工成本太高，通過采用電火花和利用銑床插銑的功能，先在工件底部用電火花加工，形成退刀槽，再采用銑床加工，解決了成本過高的問題。 下面為工件簡單的工藝流程:(1)備料;(2)完全退火去應(yīng)力;(3)粗銑外形及內(nèi)腔;(4)退火去應(yīng)力;(5)精銑內(nèi)腔、外形、打孔;(6)電火花清角;(7)銑床清角;(8)表面處理。1.3加工難點(diǎn) (1)由于該零件腔深、壁薄;所有側(cè)邊壁厚3+-0.1.一致性難保證。 (2)該零件加工面數(shù)多，要采用多次裝夾，易造成變形。 (3)保證圓角R10，加工刀具太長，剛性不足
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在現(xiàn)代加工制造企業(yè)中，自動編程軟件得到了廣泛的運(yùn)用。優(yōu)化編程路徑，防止過切與扎刀，有利于企業(yè)避免出現(xiàn)機(jī)床和人身安全事故，提高生產(chǎn)效率。 筆者結(jié)合自身對MasterCAM軟件自動編程的研究，通過企業(yè)一線產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)例來說明如何合理安排加工中心工藝，設(shè)置下刀位置，優(yōu)化******進(jìn)退刀量參數(shù)。1合理安排加工工藝進(jìn)給路線的設(shè)置 由于采用立銑刀側(cè)刃銑削工件輪廓，因此需合理設(shè)計(jì)刀具切入和切出加工路線，防止在產(chǎn)品表面出現(xiàn)接刀痕，降低產(chǎn)品報(bào)廢率。 (1)工件外輪廓表面的加工 為避免工件加工表產(chǎn)生劃痕，影響產(chǎn)品表面質(zhì)址,銑刀切入與切出點(diǎn)可以順延工件輪廓曲線延長線方向進(jìn)行切入切出加工，盡量避免沿垂直法線方向直接切入工件。 (2)工件內(nèi)輪廓表面的加工若在內(nèi)輪廓曲線允許外延的情況下，應(yīng)盡量按上述原則沿切線方向切入切出。若不允許外延可使銑刀沿工件曲線法向切入切出，設(shè)置切入與切出點(diǎn)在輪廓兩幾何元素相交點(diǎn)處，并盡量遠(yuǎn)離輪廓拐角，避免在取消刀具補(bǔ)償參數(shù)時(shí)在產(chǎn)品拐角處留下凹口1.2刀具的選擇 刀具選擇一般與工件材料、尺寸要求、表面粗糙度、產(chǎn)品形狀及加工效率等有關(guān)，可參照以下要點(diǎn)實(shí)施: (1)在條件允許的情況下，為保證加工質(zhì)量和效率，盡量選用剛性較好、直徑較大的銑刀; (2)切削深度參數(shù)越大，刀具直徑越大。切削深度≥50 mm，則刀具直徑>1/2孔徑;切削深度≥30mm，則刀具直徑>1/4孔徑。 (3)用平刀進(jìn)行表面的粗加工，用球刀進(jìn)行曲面和斜面的精加工。2 MasterCAM數(shù)控編程加工企業(yè)生產(chǎn)實(shí)例2.1合理安排數(shù)控銑削加工工藝 該產(chǎn)品零件為無錫某企業(yè)批量生產(chǎn)的端蓋類產(chǎn)品工件，主要通過MasterCAM自動編程軟件利用加工中心進(jìn)行數(shù)控銑削加工來保證完成。根據(jù)工件圖分析結(jié)構(gòu)、精度及裝夾要求，可知: (1)外形尺寸為:80 mmx55 mmx18 mmo (2)所有長度尺寸均為正態(tài)公差，公差值為0.04mm，外圓Φ25 min和Φ10 mm,Φ16mm為偏態(tài)公差，且公差不同。 (3)最小內(nèi)圓半徑為4 mm,最小孔為Φ10 mm。 (4)臺階高度分別為10mm,5mm,3mm，梅花槽最窄14 mm. (5)該工件可用墊鐵和臺虎鉗裝夾，裝夾時(shí)要注意預(yù)留鉆孔的位置。. (6)先加工下底面(外形高到10.5 mm)作為基準(zhǔn)，保證上表面加工有足夠裝夾高度3結(jié)語 對已完成的批量產(chǎn)品進(jìn)行尺寸精度和表面質(zhì)量的測量檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采用軟件自動編程之后，產(chǎn)品尺寸全部在公差范圍之內(nèi)，表面粗糙度和光滑度均符合要求，加工效率高，效果非常好。在編程的過程中，軟件能進(jìn)行合理的加工工藝后置計(jì)算處理、刀具路徑模擬和仿真加工驗(yàn)證，有效地解決了過切和扎刀問題，避免了撞機(jī)床和人身傷害事故，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
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PowerM I LL是一款加工策略豐富的2一5軸的數(shù)控加工編程軟件，具有完善的碰撞和過切檢查功能。由于曲面類工件的曲面元素之間連接關(guān)系復(fù)雜，如何采取措施控制刀具路徑區(qū)域，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高加工效率，是在應(yīng)用軟件時(shí)需考慮的關(guān)鍵問題之一。1應(yīng)用殘留邊界控制加工區(qū)域 粗加工過后，在模型狹窄區(qū)域殘留了大量加工余量，這些余量的集合就是殘留模型。如圖1所示的座子工件，使用大直徑刀具(32 mm球刀)精加工后，在模型曲面與曲而相接的地方，會因刀具直徑過大無法切入而產(chǎn)生殘留，如圖2所示。這些殘留使川下一工序刀具(如10 mm球刀)沿殘留模型的輪廓走一圈就會形成殘留邊界，如圖3所示。因此，殘留邊界是指上一工序中使用大刀具無法加工的區(qū)域的輪廓線。 本例工件用32 nim球刀精加工后，殘留材料的高度不一，不便于使用小直徑刀具直接進(jìn)行清角加工，可用殘留邊界將這些區(qū)域劃分出來單獨(dú)加工。 具體操作步驟為: ①創(chuàng)建10mm球刀。 ②計(jì)算殘留邊界。在Powermill資源欄中，右擊“邊界”樹枝，在彈出的快捷菜單中選擇“定義邊界”“殘留”，打開殘留邊界表格，設(shè)置參數(shù)，系統(tǒng)計(jì)算出殘留邊界，如圖3所示。 ③殘留區(qū)域加工。運(yùn)用平行精加工刀具路徑加工殘留區(qū)域，刀具路徑如圖4所示。2應(yīng)用“淺灘”邊界控制加工區(qū)域 Powermill系統(tǒng)中提到的“淺灘”區(qū)域是指工件上平坦或接近平坦的區(qū)域，系統(tǒng)用淺灘角來區(qū)分工件上的淺灘區(qū)域。淺灘邊界即這些平坦(或接近平坦區(qū)域)輪廓經(jīng)過偏置刀具半徑后形成的輪廓線。 如圖5所示氣蓋工件，其加工表面既有平坦區(qū)域，也有陡峭區(qū)域，單獨(dú)運(yùn)用三維偏置刀具路徑，系統(tǒng)沿三維方向等距形成刀具路徑，可完成工件全面型面的加工，但在陡峭區(qū)域殘留高度不穩(wěn)定，表面質(zhì)量不高，加工效果不理想。 若單獨(dú)使用等高精加工刀具路徑，系統(tǒng)在模型的陡峭區(qū)域生成行距均勻的刀具路徑，但在工件較為平坦的部分，行距逐步增大，殘留高度越來越大，表面質(zhì)量不高;而在工件平坦的部位則無法生成刀具路徑。 若在編程過程中，川淺灘邊界區(qū)分出平面和陡峭區(qū)域，在平坦區(qū)域用三維偏置精加工策略或平行精加工策略生成刀具路徑，在陡峭區(qū)域則川等高精加工策略生成路徑，則可使加工效果較為理想。 具體操作步驟: ①設(shè)置上限角10.下限角0,Φ10 inn，球刀，計(jì)算出淺灘邊界，如圖7a所示。 ②用三維偏置刀具路徑加工平坦面，如圖7b所示。 ③用等高精加工刀具路徑加工陡峭面，如圖7c所示。3應(yīng)用曲面邊界控制加工區(qū)域 曲面邊界是選定待加工曲面和刀具后，系統(tǒng)計(jì)算刀具在所選曲面邊緣上產(chǎn)生的邊界線。應(yīng)用曲而邊界控制加工區(qū)域可嚴(yán)格控制刀具只加工所選曲面，而不接觸到相鄰的、未選取的曲面，可有效避免過切現(xiàn)象的產(chǎn)生。如氣蓋工件底部平面精加工時(shí)，可應(yīng)用曲面邊界控制加工區(qū)域。 具體操作步驟: ①創(chuàng)建10 mm球刀。 ②創(chuàng)建偏置平坦面刀具路徑，如圖8a所示。 ③產(chǎn)生曲面邊界。選定需加工的平坦面，在Pow-ermill資源欄中，右擊“邊界”樹枝，在彈出的快捷菜單中選擇“定義邊界”、“已選曲面”，打開邊界表格，設(shè)置參數(shù)，系統(tǒng)計(jì)算出曲而邊界，如圖8b所示。 ④應(yīng)用曲面邊界控制加工區(qū)域，如圖8c所示。4應(yīng)用無碰撞邊界控制加工區(qū)域 無碰撞邊界通過設(shè)置刀具及其夾頭的長度和直徑參數(shù)來計(jì)算加工時(shí)不會與模型發(fā)生碰撞的區(qū)域，從而形成無碰撞邊界。加工時(shí)，邊界內(nèi)的表面可用短刀具進(jìn)行加工，邊界外的表面可用更長一些的刀具進(jìn)行加工。如圖9所示車燈罩凹模工件，工件深約400 mm,為提高刀具剛度，減小振動，確保較高的加工表面質(zhì)量，擬采用兩把直徑20 mm的球刀進(jìn)行精加工，刀具伸出長度分別為70 mm和120 mm，由系統(tǒng)計(jì)算出已裝夾的短刀具(刀具伸出長度為70 mm)能加工到的不與模型產(chǎn)生碰撞的部位，應(yīng)用無碰撞邊界控制加工區(qū)域，提高加工效率。 具體操作步驟: ①創(chuàng)建兩把20 mm球刀，伸出長度分別為70 mm和120 mm. ②產(chǎn)生無碰撞邊界。在Powermill資源欄中，右擊“邊界”樹枝，在彈出的快捷菜單中選擇“定義邊界”、“無碰撞邊界”，打開無碰撞邊界對話框，設(shè)置參數(shù)，系統(tǒng)計(jì)算出無碰撞邊界，如圖9a所示。 ③使用短刀具在無碰撞邊界內(nèi)創(chuàng)建三維偏置精加工刀具路徑，如圖9b所示。 ④使用長刀具在無碰撞邊界外創(chuàng)建三維偏置精加工刀具路徑，如圖9c所示。5結(jié)語 在曲面數(shù)控加工中，刀具軌跡的優(yōu)劣直接影響其加工精度和加工效率。針對工件、機(jī)床及刀具特點(diǎn)，基于Powermill軟件應(yīng)用殘留邊界、淺灘邊界、曲面邊界和無碰撞邊界，可有效規(guī)劃加工區(qū)域，提高曲面的加工精度與加工效率。
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機(jī)床向高速化方向發(fā)展，不但可大幅度提高加工效率，降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。20世紀(jì)90年代以來，歐、關(guān)、日各國爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐. 高速切削在國內(nèi)的研究及應(yīng)用起步較晚，但進(jìn)人20世紀(jì)90年代以來已普遍引起關(guān)注。目前國內(nèi)正逐步開始推廣應(yīng)用高速切削技術(shù)，主要是應(yīng)用在航空航天、棋具、汽車工業(yè)和精密機(jī)械工業(yè)。盡管高速切削技術(shù)越來越多地被國內(nèi)諸多行業(yè)重視，但在高速機(jī)床研發(fā)方面仍然受到技術(shù)和條件制約，因此研發(fā)和應(yīng)用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超高速銑削加工中心產(chǎn)品十分必要。1機(jī)珠總體布局和主要技術(shù)參數(shù)1. 1機(jī)床總體布局 該機(jī)床采用“L"型框架結(jié)構(gòu)布局，獨(dú)特的門.型立柱以及大斜面床身結(jié)構(gòu)。滑鞍安裝在立柱上左右移動，實(shí)現(xiàn)X向快速移動和進(jìn)給;滑枕安裝在滑板上上下移動，實(shí)現(xiàn)Z向快速移動和進(jìn)給;工作臺直接安裝在床身上前后移動，實(shí)現(xiàn)Y向快速移動和進(jìn)給。 此種結(jié)構(gòu)布局型式與傳統(tǒng)的“C"型結(jié)構(gòu)布局相比:床身與立柱結(jié)合面大，接觸剛性好;主軸懸伸量小，力流傳遞路線短，靜態(tài)剛度高;移動部件輕量化設(shè)汗、運(yùn)動慣量小，動態(tài)剛度高。整機(jī)結(jié)構(gòu)左右對稱設(shè)計(jì)，熱態(tài)剛度高;同時(shí)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件高剛性設(shè)計(jì)，易于保證導(dǎo)軌運(yùn)動精度，精度穩(wěn)定性好。植機(jī)結(jié)構(gòu)布局如圖1所示。
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力學(xué)模型及研究現(xiàn)狀 滾動軸承的動力學(xué)研究始于擬靜力學(xué)方法.是國外學(xué)者JONES于1959年創(chuàng)建的，他運(yùn)用庫侖摩擦定律對角接觸球軸承進(jìn)行了軸向動力學(xué)研究，并建立了用于球軸承擬靜力學(xué)分析的力學(xué)模型，為其后滾動軸承擬靜力學(xué)、動力學(xué)分析方法的建立莫定了基礎(chǔ)。C T WALTERS于1971年創(chuàng)建了球軸承動力學(xué)分析模型，其模型的創(chuàng)新之處是使保持架具有6個(gè)自由度.代替了以往的3自由度模型，使其對保持架運(yùn)動規(guī)律的研究更為準(zhǔn)確。1978年J W KANNEL等對于彈流潤滑區(qū)的球軸承的保持架進(jìn)行了深人分析，認(rèn)為保持架的運(yùn)動穩(wěn)定性是由球與保持架間的摩擦程度、軸承潤滑劑的s度和球與引導(dǎo)套圈間潤滑狀態(tài)的變化決定的。1979年以后，P K CUPTA將軸承的動力學(xué)分析方法進(jìn)行了大力的推廣，再次建立了球的6自由度運(yùn)動模型，并運(yùn)用基于微分方程組的數(shù)值方法對軸承的動態(tài)性能進(jìn)行了研究，首次系統(tǒng)地研究了滾動軸承動力學(xué)的隨時(shí)間變化的性能問題。但是由于該模型對力的計(jì)算模型的條件處理得過于簡單，所以模型的計(jì)算結(jié)果會有一定的誤差。隨后，P K GUP—TA 等以滾子軸承和球軸承的保持架作為實(shí)例研究了非平衡狀態(tài)下保持架的運(yùn)動規(guī)律，并將此數(shù)值與以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，得出了由內(nèi)圈引導(dǎo)的保持架設(shè)計(jì)比外圈引導(dǎo)的保持架設(shè)計(jì)更為合理的觀點(diǎn)，并計(jì)算出球軸承和滾子軸承在靜態(tài)載荷、非平衡載荷與徑向載荷聯(lián)合作用下的保持架磨損量與保持架出現(xiàn)渦動旋轉(zhuǎn)時(shí)的數(shù)據(jù)。他們提出，今后對滾動軸承的研究應(yīng)從軸承的動力學(xué)性能角度來考慮滾動軸承的參數(shù)設(shè)計(jì)。但是其模型計(jì)算云較大，所以在實(shí)際運(yùn)用中極為不便。所以后來C R MEEKS'對Gupta模型的運(yùn)行條件進(jìn)行了進(jìn)一步的簡化處理，建立了保持架的6自由度動力學(xué)模型，其目的是對保持架的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理以改善保持架的動力挽定性。 近些年來，國外關(guān)于軸承保持架的動力學(xué)分析軟件層出不窮。如:1992年，BOESIGER等針對球軸承的保持架開發(fā)了動力學(xué)計(jì)算軟件PADRE; 1996年，Meeks等在前人計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，運(yùn)用變換坐標(biāo)系的方法去研究軸承保持架的動力學(xué)規(guī)律，并將得到均規(guī)律與以前得出的結(jié)果進(jìn)行了對比，證實(shí)了該方法釣準(zhǔn)確性與可靠性，用Newton—Raphson數(shù)值方法計(jì)算了滾動軸承的滾動體與保持架之間的接觸作用力及載荷 ; 1997年.H ARAMAKI為T滿足市場需求，開發(fā)了軸承動力學(xué)分析軟件BRAIN，并以球軸承為例左行了動力學(xué)研究.得出了令人滿意的結(jié)果。2001年L E STACKE等。.開發(fā)的三維模擬軟件BEAST,睡有分析保持架的自身運(yùn)動規(guī)律、自動計(jì)算其所受作毛力及滾子歪斜條件下的滾動體摩阻力的計(jì)算等新型功能。但是在該軟件中采用經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)公式去模擬章擦與阻尼.所以模擬結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相比會出現(xiàn)一些偏差。2004年.F SADEGHI等學(xué)者經(jīng)過對軸承賣際運(yùn)轉(zhuǎn)情況的研究后，針對圓柱滾子軸承保持架建立了相應(yīng)的動力學(xué)模型并開發(fā)了分析軟件，通過對軸保持架的引導(dǎo)間隙與兜孔間隙的間隙比、保持架的付稱性等條件的研究.分析了保持架運(yùn)動的穩(wěn)定性，旦是其模型具有局限性.只適用于固體潤滑的軸承。起初，我國學(xué)者對滾動軸承動力學(xué)的研究僅局限于靜力學(xué)與擬靜力學(xué)階段，發(fā)展極為緩慢。但隨著國內(nèi)外軸承先進(jìn)技術(shù)交流的增多，我國學(xué)者對軸承動力學(xué)的研究有了進(jìn)一步的認(rèn)識，對軸承保持架動力學(xué)的研究也不斷增多。1997年，陳國定等在考慮了滾子與保持架之間的間隙后建立了保持架的分析模型;并開發(fā)了滾子軸承運(yùn)動特性的動態(tài)模擬軟件，從而計(jì)算出了各個(gè)滾子的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及保持架轉(zhuǎn)速，且對滾子和保持架的打滑進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并將其計(jì)算結(jié)果與國外科學(xué)家Gupta的同類文獻(xiàn)進(jìn)行了比較，得到了較為一致的結(jié)果，驗(yàn)證了其模擬軟件的準(zhǔn)確性。2001年，周延澤、賴擁軍等〔”一”運(yùn)用振動理論，對滾動軸承保持架的內(nèi)外環(huán)平面的彎曲振動與扭轉(zhuǎn)振動、在周向上的彎曲與扭轉(zhuǎn)振動發(fā)生的禍合及保持架兩端的端面相對轉(zhuǎn)動等現(xiàn)象進(jìn)行了分析，并考慮了彈性流體動力潤滑，提出了高速球軸承保持架的振動響應(yīng)模型，建立了保持架的動力學(xué)方程。2003年，劉文秀等在軸承保持架與滾動體相互作用力的研究中，首次引人了碰撞，使研究的結(jié)果與實(shí)際情況更為貼近。認(rèn)為滾動體與保持架的相互作用力不是單一的作用力，而是由三部分碰撞作用力組成的。這三部分碰撞作用力分別是滾動體與保持架的兜孔在接觸后引起的變形作用力、滾動體與保持架的兜孔之間的流體摩擦所產(chǎn)生的作用力及保持架與軸承的公轉(zhuǎn)角速度不一致所產(chǎn)生的碰撞作用力。他們認(rèn)為對保持架的運(yùn)動穩(wěn)定性起決定性作用的是軸承保持架的引導(dǎo)間隙和保持架的兜孔間睞.并研究了軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)對保持架運(yùn)動穩(wěn)定性的影響。 2007年，杜輝等人利用滾動軸承摩擦學(xué)、彈性流體力學(xué)、潤滑理論以及軸承動力學(xué)等理論，對高速圓柱滾子軸承零件的相互作用力的動態(tài)特性進(jìn)行了瞬態(tài)動力學(xué)解析，但是解析中沒有考慮滾子在高速狀態(tài)下可能出現(xiàn)的歪斜和傾斜情況。隨后，張志華、鄧四二等在動力學(xué)和擬動力學(xué)的基礎(chǔ)上，用數(shù)值方法分別對高速圓柱滾子軸承和角接觸球軸承進(jìn)行了動力學(xué)研究，得出了影響保持架動態(tài)特性的因素有:軸承轉(zhuǎn)速、工作載荷、引導(dǎo)間隙和兜孔間隙以及軸承腔內(nèi)油氣比。2010年，張曉鷗等r側(cè)利用有限元軟件對球軸承保持架運(yùn)轉(zhuǎn)特性進(jìn)行了仿真及分析，得出了套圈與保持架的間隙及保持架兜孔間隙存在一定的比例關(guān)系，共同影響保持架運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。
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隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床作為新一代工作母機(jī)，在機(jī)械制造中已得到廣泛的應(yīng)用。精密加工技術(shù)的迅速發(fā)展和零件加工精度的不斷提高對數(shù)控機(jī)床的精度也提出了更離的要求。因此研究新的機(jī)床設(shè)計(jì)思想和機(jī)床結(jié)構(gòu)來滿足精密機(jī)械加工的要求迫在眉睫。而為了獲得符合要求的加工精度，首先必須保證機(jī)床結(jié)構(gòu)有很好的靜動態(tài)特性。有限元分析是一種計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)的極為有效的數(shù)值計(jì)算方法，為機(jī)床靜動態(tài)特性分析提供了有力的工具。而專門的實(shí)驗(yàn)設(shè)備為機(jī)床整機(jī)的靜態(tài)和棋態(tài)分析提供了真實(shí)反應(yīng)機(jī)床靜動態(tài)特性的數(shù)據(jù)，通過整理靜動態(tài)特性數(shù)據(jù)不但可以驗(yàn)證有限元分析方法的可行性和結(jié)果出現(xiàn)偏差的可能原因，而且可以為以后類似機(jī)床整機(jī)模型的有限元分析和無樣機(jī)條件下的機(jī)床虛擬設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。1 結(jié)合部影晌因素的處理方法和有限元建模 機(jī)床是由組成它的各個(gè)零部件通過結(jié)合面有機(jī)聯(lián)接而成的,零部件之間的結(jié)合面存在著接觸剛度和接觸阻尼，實(shí)踐證明，結(jié)合面是機(jī)床動態(tài)性能的薄弱環(huán)節(jié)。它的影響因索很多，通過對眾多因家進(jìn)行分析、歸納可將其分類如下:(1)結(jié)合面的材料或材質(zhì);(2)結(jié)合面的加工方法;(3)結(jié)合面的粗糙度;(4)結(jié)合面的初始面壓(法向);(5)結(jié)合面的壓力分布(即工作面壓);(6)結(jié)合部的功能(運(yùn)動或固定);(7)結(jié)合面間的潤滑情況(有油與無油)。對于姍栓聯(lián)接的接觸面.由于預(yù)緊娜栓的存在，接觸壓力在接觸面上的分布并不均勻，實(shí)際接觸表面是由分布各異的峰谷構(gòu)成，接觸表面形態(tài)會隨著表面壓力的變化而變化。由實(shí)驗(yàn)得出結(jié)合面的基礎(chǔ)特性參數(shù)，從公式中可以看到:結(jié)合面的切向接觸剛度與結(jié)合面面壓成非線性關(guān)系.并隨之增大而增大。因?yàn)榻Y(jié)合面的面積比較小.接觸面上的壓力分布比較均勻，當(dāng)整個(gè)結(jié)合而上的結(jié)合條件荃本一致時(shí).可以僅用一個(gè)結(jié)合點(diǎn)來代替結(jié)合面上的螺栓連接點(diǎn)。每個(gè)結(jié)合點(diǎn)的自由度數(shù)決定于機(jī)床振動時(shí)結(jié)合面間可能產(chǎn)生的相對位移。每個(gè)自山度用一組等效彈贊剛度和等效限尼系數(shù)來代鈴.因此選排彈贊單元對結(jié)合面進(jìn)行模擬。所以在建立有限元模型時(shí).在結(jié)合面處添加三方向剛度班尼等連接參數(shù)。在立柱節(jié)點(diǎn)處建立兩個(gè)集中質(zhì)從單元.mass21用來模擬立住中的配重質(zhì)且塊.其Pm/e整機(jī)模型和有限元模型分別如圖1—2所示。
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1.2機(jī)床各子系統(tǒng)的故陣模式分析1.2. 1刀庫系統(tǒng) 刀庫系統(tǒng)的故降棋式概率表和概率圖見表2和圖22.故障原因概率表和概率圖見表3和圖3, 由表2和圖2可知:刀庫系統(tǒng)最頻繁的故障模式是刀庫失調(diào)，約占50%，主要變現(xiàn)為機(jī)械手無動作、機(jī)械手運(yùn)動不到位、機(jī)械手抓錯(cuò)刀等。 由表3和圖3可知:刀庫系統(tǒng)最頻繁的故障原因是零部件精度偏失，約占40%，主要表現(xiàn)為機(jī)械手組件的加工、裝配精度和精度穩(wěn)定性不夠高;其次是零部件損壞，約占30%，主要表現(xiàn)為機(jī)械手卡爪損壞和電磁閥損壞。1.2.2主軸系統(tǒng) 主軸系統(tǒng)的故障模式概率表和概率圖見表4和圖4.故障原因概率表和概率圖見表5和圖5, 由表4和圖4可知:主軸系統(tǒng)最頻繁的故障模式是主軸失調(diào)，約占33.33%，主要表現(xiàn)為主軸箱內(nèi)有嗓聲、主軸不能換擋;其次是零部件損壞，約占22.22%，表現(xiàn)為主軸軸承損壞和同步傳動帶斷裂。 由表5和圖5可知:主軸系統(tǒng)最頻縈的故障原因是零部件損壞，約占50%，主要表現(xiàn)為主傳動齒輪磨損、主軸軸承損壞、旋轉(zhuǎn)密封圈損壞等。
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