课题基金 / 基金详情

参数时空骤变及热振动耦合五轴机床非线性动态可靠性设计研究

批准号:
52075087
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李常有
依托单位:
学科分类:
机械设计学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李常有

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
针对国产五轴机床低动态加工精度、低保持性及其低可靠性问题,(1)研究柔性工件支撑系统空间不同点刚度和阻尼的非线性解析演化模型及其非线性振动,揭示动力学参数空间骤变演化规律并提出动态性能及保持性提升方案;(2)探究刀具进给系统热振动耦合的时间上骤变的非线性刚度和阻尼演变模型并探索其非线性动力学分析,阐明热振动耦合演变规律并提出动态性能及保持性提升措施;(3)构建考虑刀具磨损、加工生热与冷却的时滞动态切削力模型,提出五轴机床参数时空骤变及热振动耦合的多自由度时滞非线性颤振模型并探索其求解方法,获得低动态加工精度及保持性的关键因素;(4)确定随机参数及其演化的随机过程分布,创建多相关随机过程和随机变量共存的非线性动态可靠性分析及其多目标和多约束的可靠性优化设计理论和方法,给出五轴机床最优可靠性设计方案,为解决国产五轴机床动态加工精度、保持性及其可靠性较低问题提供基础理论与方法。
英文摘要
Aiming at the problems of low dynamic machining accuracy and its retainability and their low reliability of domestic five-axis machine tools, (1) the nonlinear analytical evolution model of stiffness and damping at different points in the space for the flexible workpiece system and its nonlinear vibration analysis are studied to reveal the evolution law of the sudden change dynamic parameters in the space, and propose a dynamic performance and retainability improvement scheme, (2) the time-dependent, thermal-vibration coupling, and nonlinear stiffness and damping evolution model for the tool feed system and its nonlinear dynamics analysis are discussed to clarify the thermal-vibration coupling evolution law, and to propose dynamic performance and retainability improvement solution, (3) the time-delay dynamic cutting force model considering tool wear, machining heat generation and cooling is explored, and the thermal-vibration coupling, multi-degree-of-freedom, time-delay, and nonlinear flutter model for the five-axis machine tool with the time-space sudden change dynamics parameters is constructed and resolved to obtain key factors resulting in the low dynamic machining accuracy and its retainability, (4) the random parameters and their evolutionary stochastic process distributions are determined, and the correlated stochastic processes and random variables coexisting, and the nonlinear dynamic reliability analysis and its multi-objective and multi-constrained optimization design theory and method are researched, to give the optimal five-axis machine tool reliability design. This project provides fundamental theory and method for solving the problems of the low dynamic machining accuracy and its retainability and their low reliability of domestic five-axis machine tools.
针对国产五轴机床低动态加工精度、低保持性及其低可靠性问题,(1) 提出了数控机床关键功能部件及子系统非线性动力学分析方法,其中关键功能部件包括滚珠直线导轨、滚子直线导轨、滑动导轨、滚珠丝杠、机械主轴、电主轴、气浮电主轴、液压导轨、刀塔、伺服电机,子系统主要有高档数控机床多轴联动直线进给系统、伺服电机带传动系统、电机三角带主轴系统等;(2) 创建了数控机床关键功能部件、子系统热-非线性动力学耦合建模与求解方法,主要包括突破了数控机床关键功能部件和子系统热-多自由度非线性动力学耦合分析理论,并进行了试验验证研究,解决了高档数控机床关键功能部件和子系统系统热及动力学特性分析问题,为国产高档机床子系统性能提升提供理论支撑;(3) 形成了数控机床动态参数及动态切削力耦合的切削加工精度建模与分析理论,提出了数控机床整机热-非线性多自由度动力学耦合建模与分析方法,结合切削加工过程,完成了切削过程中刀具和工件相对运动诱发的动态切削力建模与分析,构建了考虑刀具切削刃的刚体运动轨迹、刀具跳动误差以及机床整机动态位移的加工表面形貌预测模型,获得了数控机床振动、主轴轴承预紧力、刀具跳动误差、切削参数对加工表面质量的影响规律,为提升数控机床加工精度提供理论基础;(4) 建立了数控机床功能部件和整机可靠性与可靠性优化设计理论与方法,主要包括滚柱直线导轨工作台非线性振动可靠性分析,立铣刀动态切削力建模及颤振稳定性可靠性分析,基于谱随机有限元的随机过程参数动力学与可靠性分析,数控机床主轴热变形可靠性非线性优化设计,考虑多种失效模式的数控机床加工精度可靠性分析,数控车床热-非线性振动耦合径向跳动可靠度和可靠度灵敏度分析方法等,为提升数控机床的可靠性提供理论支撑。上述成果形成SCI论文43篇,获得辽宁省技术发明二等奖1项,授权国家专利4项,培养博士5名,硕士17名,完成所有预定目标。
数控镗床高速旋转滑移时变结构机—控—非线性动力学耦合加工精度设计理论
  • 批准号:
    52675310
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    --
  • 批准年份:
    2026
  • 负责人:
    李常有
  • 依托单位:
选区熔融增材制造金属零部件多级异质微观结构疲劳演变机理及寿命估计研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    李常有
  • 依托单位:
五轴铣车机床进给系统动力学参数快变与渐变耦合的可靠性设计理论研究
  • 批准号:
    51575095
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    李常有
  • 依托单位:
等效载荷与降噪技术融合的高速列车轮对轴箱装置早期故障在线诊断的研究
  • 批准号:
    51005041
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    李常有
  • 依托单位:
国内基金
海外基金