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加工中心回轉工作臺的動態性能研究及優化設計-背景及意義
閱讀：272 發布時間：2020-8-131.1課題背景及意義
從2010年至今，我國機床行業實現了平穩快速的發展，在2010年全年累 計完成工業總產值達到5.5千億元，同比增長40.6%。其中，金屬切割機床行業 的工業總產值為1.3億元，同比增長34.3%。金切機床產量為75.6萬臺，其中數 控機床產量達到22.4萬臺，同比增長分別為33.1%和66.7%。成形機床行業工業 總產值407.5億元，同比增長42.2%。成形機床產量為26.1萬臺，其中數控機床 產量達到1.2萬臺，同比增長分別為18.0%和8.1%。
2011年，中國產業結構調整取得初步成效，機床工具行業在科技創新、產品 開發和產品結構調整方面都取得明顯進步。自主創新成果產業化進程加快，自 主研發了一批高速的、精密的、復合的、多軸聯動的數控機床，和一些規格大、 噸位重的超重型數控機床新產品。這是國家科學技術重大專項有關項目取得的 階段性成果。這些新的研究成果滿足了國家一些重點領域用戶和軍工建設的急 需，在一些國民經濟發展和工建設中起到了非常關鍵的作用。新產品開 發成果顯著：開發了多種精密、高速、智能、復合數控機床，高性能功能部件， 高檔數控系統，數字化工量具，高性能磨具、磨料、機床附件和機床電器等。 機床協會編制的《國產數控機床推薦產品匯編》（2010版）中已經列入近幾年開 發的1100多種數控機床新產品。
盡管如此，數控機床產品在2011年的進口額仍大幅增長。12個月份里，進 口額與歷史高的2008年同期相比還增長27.8%，又創歷史新高。同時，進口 產品中中高檔產品比例很大。同時，數控機床產品出口累計達到70.3億美元， 與上年同期相比也有大幅增長，但出口產品結構不盡合理，低檔的資源性、高 能耗產品占有很大比例。
2011年，第12屆中國機床展覽會在北京舉行，主題為"以科技創新迎 接后危機時代〃。這次展覽會突出了機床界在金融危機后的變革思路和改革 方向，注重科技創新在裝備制造業進步和發展中的重要地位和作用，進而促進 了國民經濟各領域方式轉變和結構調整。在這次機床展上，數控機床特別是加 工中心和復合機床在裝備制造業內已呈現出“量大面廣”的態勢，這類工作母
機在各類制造業中已經開始普及應用，并清晰地表現出鮮明的時代特征與發展 趨勢。機床運動無論是運動疊加串聯機床，還是并聯運動機床，對大多數金屬 加工機床來說，數控進給復合運動的加工，是以直線軸加上回轉軸的聯動來實 現。為了應對日益增多的復雜零件加工、提高加工精度和效率，多軸機床和復 合機床將會進一步創新發展。因此在現代加工中心的開發中，數控回轉工作臺 的設計與制造，成為研制數控機床的核心任務之一，而數控回轉工作臺，同時 也起著支撐工件重量、卡緊、定位工件的功能，所以要重視其創新設計。
為了滿足多品種、小批量，特別是結構復雜、精度要求高的零件的自動化 生產，出現了適用這種需求的靈活的、通用的、能夠適用產品頻繁變化的柔性 自動化機床——數控機床。加工中心因為具有刀庫和轉臺，在一次裝夾的情況 下，可進行多個工序的加工，因此，其自動化程度和生產效率大大優于普通機 床。
高檔數控機床制造業是國民經濟的支柱產業。黨的十七大《國家中長期科 學和技術發展規劃綱要（2006年--2020年)》都將裝備制造，特別是數控裝備列 為重點發展的對象，《綱要》中所列的16個重大專項中就有高檔數控機床與基 礎制造裝備[1]。西方發達國家長期將數控制造裝備列為重要戰略物資，尤其是在 涉及航天、造船、大型電力設備制造等領域，對我國出口的高檔數控機床還往 往附帶各種苛刻的條件，在關鍵技術上更是對我們進行嚴密。正是由于國 內在一些關鍵共性技術上長期未取得突破性進展，導致我國高檔數控機床的國 際競爭力受到嚴重制約。因此，開展對高檔數控機床及其相關共性技術的應用 研究，對于提升我國數控機床行業的核心競爭力，提高我國重點行業的制造能 力都具有十分重大的戰略意義。
隨著生產力水平的不斷提高和數控技術在各個領域的廣泛應用[2]，數控機床 也成為工程中*的一部分。而數控回轉工作臺作為加工中心的重要基礎 部件，不僅可以實現圓周進給，還可以進行分度運動的工作臺，對于提高加工 中心的加工效率有著非常重要的作用。回轉工作臺主要由電機、蝸桿傳動、齒 輪傳動、工作臺等部件組成，且可進行間隙消除和蝸輪加緊。但隨著*制造 業的快速發展，機械工業對機床質量、產品精度和可靠性提出了更高的要求， 現有的回轉工作臺的控制性和穩定性等動態特性已經不能*市場的需 要。數控機床（尤其是加工中心）的各個傳動系統經常處于各種激勵作用下， 產生不可避免地各種響應，即產生各式各樣的振動。振動對機械系統的影響是 不能忽略的，它不僅會降低加工產品的精度，加重構件的磨損，而且還容易引 起結構部件的*超限破壞與疲勞破壞。一旦激勵載荷的頻率與承載部件或機 構的固有頻率接近時，就會產生共振現象。共振的產生將導致機械機構或部件 的嚴重損害。據統計，機械故障中60%以上是由振動間接或直接引起的[3,4]。所 以研究和解決裝備制造業中出現的各種振動問題已經成為一個非常關鍵的、緊 迫的任務。
回轉工作臺系統作為加工中心的一個比較典型的力學振動系統，其工作過 程中，既要考慮因原動力（電機）作用產生的強迫振動，還要考慮傳動機構（蝸 輪蝸桿傳動、齒輪傳動）在加工過程中發生的顫振[5](—種動不穩定現象）。這 些振動一旦與工作臺系統的固有頻率接近，將嚴重影響加工中心的生產效率。
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