摘 要

数控刀架又称为刀塔，是数控车床的重要组成部分，也是数控车床的重要功能部件。数控机床的出现对提高生产管理、改进产品质量以及改善劳动条件等发挥了重要作用。配套的数控刀架，其功能满足把持刀具实现切削，并实现自动换刀。所以对数控刀架的动力特性进行研究有非常大的应用价值。

本文介绍数控机床在国内外的发展现状，有限元理论的原理和发展状况，和模态分析研究的实际应用情况。对AK3180型号伺服数控刀架进行三维实体建模，将刀架和刀盘分别建模，再将两个结构组装成三维实体装配体。对数控刀架进行动力特性分析，主要是模态分析研究它的固有频率，获得了该型号数控刀架的前十阶固有频率及振型。

关键词：数控刀架 受力计算 模态分析

Dynamic characteristics of CNC turret - Numerical Analysis

Abstract

Also known as CNC turret turret, is an important part of CNC lathes, CNC is also an important feature of the lathe. The emergence of CNC machine tools to improve production management, improve product quality and improve working conditions play an important role. CNC turret supporting its function to meet the grip tool to achieve cutting, and automatic tool change. CNC turret so the dynamic characteristics of the study has a very large value.
This article describes the development status at home and abroad CNC machine tools, principles and development of finite element theory, and practical application of modal analysis. AK3180 model for CNC turret servo 3D solid modeling, respectively modeling tool holder and cutter, then two structures assembled into three-dimensional solid assembly. CNC turret dynamic characteristics analysis, modal analysis mainly its natural frequency to obtain the model CNC turret first ten natural frequencies and mode shapes.

Keywords: CNC; turret force calculation; modal analysis

目录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第1章绪论 1

1.1数控机床发展状况 1

1.1.1国内数控机床发展状况 1

1.1.2国外数控机床发展状况 2

1.2有限元法发展状况 3

1.3模态分析发展状况 4

1.3.1模态分析的定义及应用 4

1.3.2模态分析方法 4

1.4主要内容和研究目的 5

第2章数控刀架三维实体建模 6

2.1刀盘三维实体建模 6

2.2刀架三维实体建模 8

2.3建立数控刀架装配体 10

2.4本章小结 11

第3章数控刀架受力分析 12

3.1数控刀架切削力计算 13

3.2刀架锁紧力计算 15

3.3本章小结 18

第4章数控刀架动力特性分析 19

4.1有限元理论 19

4.1.1有限元分析法形成及思想 19

4.1.2有限元法理论分析步骤 19

4.2数控刀架模态分析 21

4.2.1模型导入与网格划分 21

4.2.2提取模态分析的结果 22

4.3本章小结 24

第5章总结与展望 25

5.1总结 25

5.2展望 25

参考文献 26

致谢 28

第一章绪论

1.1数控机床发展状况

数控刀架又称为刀塔，早期的车床没有计算机数字控制，称为普通车床，配套刀架的功能是把持刀具，实现车床的切削加工和变换刀具。数控机床的出现对提高生产管理、改进产品质量以及改善劳动条件等发挥了重要作用。

数控刀架分为立式和卧式两种。在各类刀架分类中，电动刀架因其结构简单，容易设计制造，目前在我国的生产规模最大，品种齐全，适用于大部分的经济型数控车床。伺服刀架和液压刀架属于中档型数控刀架，适用于全功能数控车床。由于液压刀架结构简单且动作可靠，其在市场占有量已经超过了电动刀架，以日本进口数量为最大。而动力刀架主要满足车铣等复合加工要求，早期的产品是在电动刀架和液压刀架的本体上外加动力刀具驱动模块，之后伺服刀架的出现，出现了加装动力模块的双伺服动力刀架和单伺服动力刀架，其中单伺服动力刀架结构最为复杂，技术含量高，主要配置在高端的车削中心或车铣复合加工中心。满足多种动力切削刀具的转塔刀架已成为刀架行业的一个重要研究对象。

1950年左右，随着电子计算机技术的蓬勃发展，最主要的推动力还是电子计算机的出现，极大地促进了机床想数控技术自动化方向发展。

与普通机床相比，数控机床自动化水平高有效地提高了加工精度，加工质量较高并且波动性很小；在加工形状复杂的零件时比普通机床更具有优势性；加工不同的零件时，只需更改相应的程序代码，减少了工人操作的不熟练因素，保证零件加工质量的同时，也有效地缩短了加工周期，机床自动化程度高^[1]。

1.1.1国内数控机床发展状况

很长一段时间,中国数控机床技术一直都处于一个非常尴尬的处境，低端产品不断增长,高端产品止步不前，一直依靠国外进口。某些国家级重大项目也没有取得实质性的进展，最主要是缺少高级的技术人员。与国外相比，我国数控机床技术在很多方面与国外数控技术存在一个时代的差距,在高精度方面的差距更是达到两三个时代。

我国数控加工行业存在的问题很多，主要包括以下方面：缺乏国外发达国家

完善政策的指引；高端技术人才的极度匮乏；科研工作肤浅不深入；技术全靠组装式；数控机床行业各个子部门联系不密切，合作脱节，虽然研究人员众多，但都是只是考虑自己方面，整体质量与素质急需提高。

主要概括为以下4个方面的原因：

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