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高速数控机床动态行为演变及其高精度控制

  发表日期:2011年3月23日          【编辑录入:sclclh

      在能源、运载、国防等领域,需要制造大型、薄壁、复杂、难加工材料的精密零件,对数控装备的精度、效率、可靠性等性能指标提出了更高的要求。随着高性能数控机床精度、效率越来越高,高速、高加速度成为数控机床动态行为的主要表现形式,机床的力学特性(如结构、间隙、动静刚度、摩擦特性、振动等)、热学特性、以及力、热耦合特性等因素将直接影响机床的动力学行为,使数控机床的性能发生变化,对机床的加工质量和效率产生显著影响,进而对现有的控制理论和方法提出了极大的挑战。本课题以高性能数控机床为对象,研究高档数控机床在复杂工况和运行状态下的力、热耦合特性及其对机床动态行为和加工性能的影响机理和演变规律,实现高速、高加速度和变加速度加工条件下的智能控制、加工精度强化和主动维护,为设计新型数控机床和数控系统提供理论依据和技术基础,提高加工精度、加工效率和加工安全,主要研究内容包括:(1)数控机床多轴力、热耦合特性分析及数字建模;(2)数控机床动态性能对加工质量和效率的影响及其敏感性分析;(3)数控机床的智能控制与加工精度强化。
      主要成果创新点:
      (1)首次提出基于主轴刚度椭球分布的刀具轨迹和姿态优化方法,研究了基于多轴数控加工规划与控制,并开发了相应的刀具轨迹和姿态优化软件。
      (2)提出了基于数控机床“自激励”的机床结构实验模态研究方法,该方法能有效激发各种机床的模态,特别解决了重型机床的有效激振的问题。
      (3)提出了参数化的不动结合面的动力学建模新方法,提高了建模的精度。
      (4)研究基于驱动信号的切削状态识别方法,实时控制切削参数,控制切削变形和抑制振动。
      (5)提出了考虑热弹性效应的数控机床热动态特性建模方法;建立了数控机床进给系统热特性预测模型;
      以上创新成果处于国际领先水平,申请了国家发明专利,并已发表在国际期刊上。
      预期的成果和效益:
      (1) 建立一个基于参数化的结合面动力学数据库,用于整机的精确动力学建模。
      (2)建立一套基于多轴动力学特性加工规划和控制的软件系统,用于优化加工轨迹和参数,抑制振动,提高加工效率和加工质量。
      (3)研制一个加工过程控制装置,实时优化加工参数,提高加工效率和保证加工安全。
      这些成果都可与数控机床配套使用,具有很大的市场,按照国外的同类型的产品来看,一项实用成果的价格就在10多万左右,故其将产生的经济效益和社会效益是巨大的。
      (项目来源:华中科技大学  联系方式:亚博国际app官方下载  蔡丽华  0791-2058263)

 


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