双凸轮联动自动换刀装置多体动力学仿真研究

发布时间：2020-10-09 01:34

　　 本文以提高换刀速度和可靠性,研究换刀过程传动特性为目的,结合MDH卧式加工中心分析设计双凸轮联动自动换刀装置的关键结构,利用Pro/E、ADAMS和ANSYS从多方面开展基于虚拟样机技术的双凸轮联动自动换刀装置多体动力学与有限元联合仿真研究。重点探讨了虚拟样机的建模、装配、有限元分析、多刚体动力学仿真以及柔性多体动力学仿真,理论方法及仿真结果对指导工程实践、改进系统设计、提高产品性能具有重要意义。 在调研国内外自动换刀装置发展及其研究现状基础上,针对传统的凸轮式自动换刀装置换刀时间长、可靠性低等缺陷,结合MDH80卧式加工中心的结构、尺寸,设计了一种复合凸轮(包括弧面分度凸轮和沟槽凸轮)机械手换刀与盘形凸轮主轴松拉刀联动的自动换刀装置,分析了其工作原理,匹配运动循环图并优化了各类凸轮机构运动规律。在Pro/E中建立了双凸轮联动自动换刀装置虚拟样机,并对整体结构进行干涉分析与运动仿真。利用ADAMS对装置的两个主要部分复合凸轮换刀机构以及盘形凸轮松拉刀机构进行多体动力学仿真分析,研究了凸轮传动副的接触碰撞力和机构输出位移、角速度、角加速度等啮合传动的动态响应特性,不同载荷工况对机械手换刀特性的影响等。采用ANSYS计算盘形凸轮的应力和变形。最后分析了装置产生振动和磨损的原因。 针对弧面分度凸轮机构,基于柔性动力学理论和接触力学方法,利用有限元和虚拟样机技术,考虑凸轮轴柔性变形,采用非线性等效弹簧阻尼模型建立间隙处的接触碰撞模型,采用库仑摩擦模型考虑间隙处的摩擦作用,建立了刚柔耦合弧面分度凸轮间隙接触碰撞动力学模型。通过数值仿真,研究了刚柔耦合特性和间隙对机构传动特性的影响规律。研究表明该动力学模型较好地模拟了复杂弧面分度凸轮传动的柔性变形和接触冲击等特性,仿真结果为弧面分度凸轮系统动力学研究提供了理论指导和参考数据。采用有限元方法建立了弧面分度凸轮啮合传动的接触模型,探讨了其在外载条件下的接触响应特性,并对有限元结果进行了分析,得到了该传动应力和变形的一般规律,为强度设计计算提供了理论依据。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TH112.2;TH113
【部分图文】：

(2)更换主轴头换刀在带有旋转刀具的数控机床中，更换主轴头是一种简单的换刀方式，通常采用转塔的转位来更换主轴头，其主轴头就是一个转塔刀库，如图1.2所示，在转塔的各个主轴头上，安装有各工序所需的旋转刀具，当发出换刀指令时，各主轴头依次旋转到加工位，并接通主轴运动，使相应的主轴带动刀具旋转。转塔主轴头换刀不用对刀具自动松、卸刀、装刀、加紧及搬运，节约了换刀时间，提高了换刀的可靠性。但由于空间位置夹置的限制，转塔上安装的主轴头数目有限度要求不高的机床。，所以这种换刀方式只能应用于工序较少、精图1.2转塔头换刀 Fig.1.2Turretheadtool一changing图1.3带刀库的白动换刀系统 Fig.1.3ATCwithtoolmaga

图Ll一种数控回转刀架Fig.1.lACNCfacinghead(2)更换主轴头换刀在带有旋转刀具的数控机床中，更换主轴头是一种简单的换刀方式，通常采用转塔位来更换主轴头，其主轴头就是一个转塔刀库，如图1.2所示，在转塔的各个主轴，安装有各工序所需的旋转刀具，当发出换刀指令时，各主轴头依次旋转到加工位并接通主轴运动，使相应的主轴带动刀具旋转。转塔主轴头换刀不用对刀具自动松卸刀、装刀、加紧及搬运，节约了换刀时间，提高了换刀的可靠性。但由于空间位限制，转塔上安装的主轴头数目有限求不高的机床。，所以这种换刀方式只能应用于工序较少、精

(3)带刀库的自动换刀系统带刀库的自动换刀系统有刀库和刀具交换机构组成，如图1.3所示，其换刀过程为:先将刀具分别安装在标准的刀柄上，预调整，插入到库中，选刀指令在刀库上选刀，由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，进行刀具交换，将新刀具装入主轴，将用过的刀具放回刀库。其优点是增加了主轴的刚性，有利于精密加工和重切削加工，刀具的数量可根据工艺要求而定，可实现复杂零件的多工序加工。缺点是结构较复杂，换刀过程动作多，换刀时间长。3.2国内外自动换刀装置发展与研究现状工业发达国家对于自动换刀装置的研究起始于上世纪70年代，之后迅速发展，1983年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀系统形成了统一的结构模式l‘0一川。目前，德国、奥地利、日本、韩国、意大利等国家都将自动换刀装置成功的应用到了高端加工中心上。如图1.4所示I‘21，奥地利ANoER公司生产的HC、HeH、HeL加工中心，采用多主轴换刀方式，换刀时，安装在夹具上的工件快速在各主轴之间移动，切削对切削换刀时间为0.45，是现在切削对切削换刀时间最短的加工中心。

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本文编号：2833038