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加工中心回转工作台的动态性能研究及优化设计-背景及意义
阅读：271 发布时间：2020-8-131.1课题背景及意义
从2010年至今，我国机床行业实现了平稳快速的发展，在2010年全年累 计完成工业总产值达到5.5千亿元，同比增长40.6%。其中，金属切割机床行业 的工业总产值为1.3亿元，同比增长34.3%。金切机床产量为75.6万台，其中数 控机床产量达到22.4万台，同比增长分别为33.1%和66.7%。成形机床行业工业 总产值407.5亿元，同比增长42.2%。成形机床产量为26.1万台，其中数控机床 产量达到1.2万台，同比增长分别为18.0%和8.1%。
2011年，中国产业结构调整取得初步成效，机床工具行业在科技创新、产品 开发和产品结构调整方面都取得明显进步。自主创新成果产业化进程加快，自 主研发了一批高速的、精密的、复合的、多轴联动的数控机床，和一些规格大、 吨位重的超重型数控机床新产品。这是国家科学技术重大专项有关项目取得的 阶段性成果。这些新的研究成果满足了国家一些重点领域用户和军工建设的急 需，在一些国民经济发展和工建设中起到了非常关键的作用。新产品开 发成果显著：开发了多种精密、高速、智能、复合数控机床，高性能功能部件， 高档数控系统，数字化工量具，高性能磨具、磨料、机床附件和机床电器等。 机床协会编制的《国产数控机床推荐产品汇编》（2010版）中已经列入近几年开 发的1100多种数控机床新产品。
尽管如此，数控机床产品在2011年的进口额仍大幅增长。12个月份里，进 口额与历史高的2008年同期相比还增长27.8%，又创历史新高。同时，进口 产品中中高档产品比例很大。同时，数控机床产品出口累计达到70.3亿美元， 与上年同期相比也有大幅增长，但出口产品结构不尽合理，低档的资源性、高 能耗产品占有很大比例。
2011年，第12届中国机床展览会在北京举行，主题为"以科技创新迎 接后危机时代〃。这次展览会突出了机床界在金融危机后的变革思路和改革 方向，注重科技创新在装备制造业进步和发展中的重要地位和作用，进而促进 了国民经济各领域方式转变和结构调整。在这次机床展上，数控机床特别是加 工中心和复合机床在装备制造业内已呈现出“量大面广”的态势，这类工作母
机在各类制造业中已经开始普及应用，并清晰地表现出鲜明的时代特征与发展 趋势。机床运动无论是运动叠加串联机床，还是并联运动机床，对大多数金属 加工机床来说，数控进给复合运动的加工，是以直线轴加上回转轴的联动来实 现。为了应对日益增多的复杂零件加工、提高加工精度和效率，多轴机床和复 合机床将会进一步创新发展。因此在现代加工中心的开发中，数控回转工作台 的设计与制造，成为研制数控机床的核心任务之一，而数控回转工作台，同时 也起着支撑工件重量、卡紧、定位工件的功能，所以要重视其创新设计。
为了满足多品种、小批量，特别是结构复杂、精度要求高的零件的自动化 生产，出现了适用这种需求的灵活的、通用的、能够适用产品频繁变化的柔性 自动化机床——数控机床。加工中心因为具有刀库和转台，在一次装夹的情况 下，可进行多个工序的加工，因此，其自动化程度和生产效率大大优于普通机 床。
高档数控机床制造业是国民经济的支柱产业。党的十七大《国家中长期科 学和技术发展规划纲要（2006年--2020年)》都将装备制造，特别是数控装备列 为重点发展的对象，《纲要》中所列的16个重大专项中就有高档数控机床与基 础制造装备[1]。西方发达国家长期将数控制造装备列为重要战略物资，尤其是在 涉及航天、造船、大型电力设备制造等领域，对我国出口的高档数控机床还往 往附带各种苛刻的条件，在关键技术上更是对我们进行严密。正是由于国 内在一些关键共性技术上长期未取得突破性进展，导致我国高档数控机床的国 际竞争力受到严重制约。因此，开展对高档数控机床及其相关共性技术的应用 研究，对于提升我国数控机床行业的核心竞争力，提高我国重点行业的制造能 力都具有十分重大的战略意义。
随着生产力水平的不断提高和数控技术在各个领域的广泛应用[2]，数控机床 也成为工程中*的一部分。而数控回转工作台作为加工中心的重要基础 部件，不仅可以实现圆周进给，还可以进行分度运动的工作台，对于提高加工 中心的加工效率有着非常重要的作用。回转工作台主要由电机、蜗杆传动、齿 轮传动、工作台等部件组成，且可进行间隙消除和蜗轮加紧。但随着*制造 业的快速发展，机械工业对机床质量、产品精度和可靠性提出了更高的要求， 现有的回转工作台的控制性和稳定性等动态特性已经不能*市场的需 要。数控机床（尤其是加工中心）的各个传动系统经常处于各种激励作用下， 产生不可避免地各种响应，即产生各式各样的振动。振动对机械系统的影响是 不能忽略的，它不仅会降低加工产品的精度，加重构件的磨损，而且还容易引 起结构部件的*超限破坏与疲劳破坏。一旦激励载荷的频率与承载部件或机 构的固有频率接近时，就会产生共振现象。共振的产生将导致机械机构或部件 的严重损害。据统计，机械故障中60%以上是由振动间接或直接引起的[3,4]。所 以研究和解决装备制造业中出现的各种振动问题已经成为一个非常关键的、紧 迫的任务。
回转工作台系统作为加工中心的一个比较典型的力学振动系统，其工作过 程中，既要考虑因原动力（电机）作用产生的强迫振动，还要考虑传动机构（蜗 轮蜗杆传动、齿轮传动）在加工过程中发生的颤振[5](—种动不稳定现象）。这 些振动一旦与工作台系统的固有频率接近，将严重影响加工中心的生产效率。
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