[01339134]面向回转支承行业的高效数控专用装备与工艺研究

1.课题来源与背景 本项目受如下计划和企业委托项目资助：(1)大型机床数控化再制造关键技术研究(BK2008347)，江苏省自然科学基金；(2)数控强力切削的颤振机理数字仿真研究(02KJB460001)，江苏省高校自然科学基金；(3)极坐标数控高速铣齿机床研发与产业化(200602095)，南京市科技计划；(4)高性能极坐标数控高速铣齿机床(JHB05-19)，江苏省高校高新技术产业发展项目；(5)回转支承数控加工专用成套装备研制，企业委托横向项目；(6)数控极坐标中心孔钻床及齿间孔分析通用软件，企业委托横向项目；(7)CA5116立车数控立磨改造，企业委托横向项目；(8)滚道以车代磨机床数字化改造，企业委托横向项目。 本项目属机械工程的机械制造自动化学科，针对工程机械、风力发电机等大型设备中的关键部件—回转支承制造中存在的效率低、精度不高、整体性能不佳等问题，开展制造装备的关键技术研究，开发新型高效高精专用制造装备。 2.技术原理及性能指标 本项目采用强力切削抑振技术开发了极坐标形式的极坐标立式数控钻削中心、极坐标数控高速铣齿机床，基于再制造技术实现了立车改滚道车磨机床。极坐标立式数控钻削中心的工作台直径1600mm，加工最大直径为2500mm，最大承重3000Kg，回转台重复定位精度±3秒，X和Z轴定位精度为±0.01mm，可实现X、Z、C联动。极坐标数控高速铣齿机床的数控回转工作台直径1600～4000mm，最大加工直径4000mm，最大承重30000Kg，回转台重复定位精度小于±6秒，X和Z轴定位精度为小于±0.02mm，可实现X、Z、C联动，可加工内外直斜齿，最大加工模数40mm。 3.技术的创造性与先进性 研制的面向回转支承行业的极坐标立式数控钻削中心为国内首创，对大直径复杂孔系加工以及环形复杂曲面加工，保证了零件要素的位置精度、尺寸精度和形状精度。研制的面向回转支承行业的极坐标数控高速铣齿机床，其加工原理设计与齿轮结构特征要素相吻合，对于大模数大直径齿轮加工效率极高，是滚齿插齿的3～4倍，为国内首创，技术指标达到国际同类设备的先进水平。基于绿色再制造技术研制的回转支承滚道车磨机床，提高了回转支承滚道加工效率和精度，滚道车磨机床的再制造技术水平在国内处于领先地位。 (1)建立数控强力切削中机床—工艺系统在非线性动态切削力耦合下的多自由度非线性系统的速度型切削颤振的理论数学模型和数字仿真，提出数控强力切削抑振技术，并应用于回转支承孔系、齿和滚道的数控强力加工。 (2)采用模块化设计方法开发面向回转支承行业的极坐标数控专用装备，利用ProE-ANSYS对结构进行静动态特性分析，利用伺服系统三环整定仿真技术进行控制系统参数优化，实现机床设计方法与综合技术应用的创新。 (3)对在极坐标数控机床上加工的大直径环形件孔系加工误差进行分析，开发出具有误差补偿功能的专用控制软件，并应用于大直径自动分度极坐标立式数控钻削中心，提高了回转支承孔系的位置精度和加工效率。 (4)对盘式铣刀加工直斜齿圆柱齿轮加工工艺进行分析和仿真，基于遗传算法进行铣齿工艺参数优化，开发成形铣齿加工软件和齿廓误差分析软件，并应用于极坐标高速铣齿机床。 (5)对再制造机床可修复零部件精度分配进行研究，建立再制造零部件精度参数与机床空间误差之间的关系模型，提出采用遗传算法和神经网络实现精度分配技术，并应用于回转支承滚道车磨加工机床的再制造工程中。 (6)分析立车非线性几何误差对回转支承滚道加工精度的影响，并采用软件进行误差补偿，提高了回转支承滚道加工效率。 4.技术的成熟程度，适用范围和安全性 本成果主要应用于回转支承的加工，同时本项目成果还可广泛应用于工程机械、建筑机械、军事装备（如坦克、高炮、雷达、火箭发射台等）、汽车、矿山机械、食品机械、化工机械中各类高精度大直径孔系加工、特殊的三维复杂曲面加工，大模数齿轮的高效铣削加工。 5.应用情况及存在的问题 基于本项目成果，南京工业大学和南京工大数控科技有限公司近四年与国内企业成功合作项目达成100多项，在回转支承行业中形成的重要影响，取得较好的经济效益，为该项目成果的产业化推广奠定了坚实的基础。随着国家对先进制造业、特别是新能源装备制造业的重点支持，本研究成果在回转支承行业推广具有广阔的应用前景。 但是该项目成果推广和产业化发展速度与回转支承行业的发展速度相比，稍显滞后，应该进一步加大推广力度，进一步促进高效数控专用装备及先进加工工艺在回转支承行业的应用。