义齿加工五轴机床的设计分析及实验验证
本文关键词: 义齿加工 五轴机床 方案设计 伺服系统 结构优化 出处:《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:牙齿在人们的饮食以及语言、发音、面部肌肉形态的保持等方面发挥着巨大的作用,牙齿健康问题是人们当前关注的一个焦点。CAD/CAM的兴起使得义齿修复体的手工制作方式逐渐被数控加工所取代。然而我国义齿修复体的制作方式仍然主要以手工制作为主,精度不稳定,加工效率低、操作环境差。针对这个问题,我国每年需要花费大量资金引进国外先进的义齿加工设备,而且设备的后期维修成本高,这严重阻碍了我国口腔修复水平的提高,因此研发具有自主知识产权的义齿加工设备,是提高我国口腔修复水平的重中之重。本课题以高效高精地完成义齿修复体的加工为目的,对义齿加工设备的功能需求进行了分析,然后以此为基础对机床进行了结构布局设计、运动功能分配、工作空间规划等工作,最终设计出了一台用于义齿加工的五轴数控机床。机床本体的精度是影响机床最终加工精度的关键因素。本文依据多体系统理论建立了机床的空间误差模型;利用矩阵偏微分法对模型进行了误差敏感性分析,定义了敏感度系数,对关键误差源进行了识别,为提高机床精度提供了指导性意见;建立了基于成本—公差的精度分配模型,利用遗传算法对机床进行了精度分配,确定了机床的精度指标。伺服进给系统是数控机床的关键部分,其运行性能的好坏直接影响到机床的加工精度和加工效率。本文在对常用的伺服进给方式进行对比分析的基础上,确定了机床的进给方案;对伺服进给系统进行了机电耦合数学建模;依据自动控制理论对伺服进给系统进行了设计;制定了控制参数;对所设计的伺服系统进行了仿真,分析了系统的动态特性,验证了系统的运行性能。机床各部件的静动态特性直接决定着机床本体的加工性能。本文采用有限元对对机床性能影响较大的重要结构部件进行了力学性能分析,并据此对其进行了优化设计以提高其静动态特性;对机床整体进行了静力学与动力学特性分析,找出了机床的薄弱环节,提出了下一步的改进意见。最后本文用所设计的机床样机进行了义齿加工的初步实验,加工实验表明本课题所设计的五轴机床所加工出的义齿能够满足口腔修复的临床要求,并且该机床具有很高的加工效率。
[Abstract]:Teeth play a huge role in people's diet, language, pronunciation, facial muscle shape, etc. The problem of dental health is a focus of people's attention at present. The rise of CAD / CAM makes the handmade method of denture prosthesis gradually replaced by numerical control machining. However, the manufacture of denture prosthesis in our country is still mainly made by hand. The precision is unstable, the processing efficiency is low, and the operating environment is poor. In view of this problem, our country needs to spend a large amount of money every year to introduce advanced foreign denture processing equipment, and the maintenance cost of the equipment in the later stage is high. This seriously hinders the improvement of the level of dental prosthesis in China, so the development of denture processing equipment with independent intellectual property rights, It is the most important to improve the level of dental prosthesis in our country. The purpose of this project is to finish the denture prosthesis with high efficiency and precision, and to analyze the functional requirements of the denture processing equipment. Then on the basis of this, the structural layout design, motion function distribution, workspace planning and so on are carried out on the machine tool. Finally, a five-axis NC machine tool for denture machining is designed. The precision of the machine body is the key factor affecting the final machining accuracy of the machine tool. In this paper, the spatial error model of the machine tool is established according to the theory of multi-body system. The error sensitivity of the model is analyzed by matrix partial differential method, the sensitivity coefficient is defined, the key error source is identified, the guidance is provided for improving the accuracy of machine tools, and the accuracy distribution model based on cost tolerance is established. The precision of machine tool is assigned by genetic algorithm, and the precision index of machine tool is determined. The servo feed system is the key part of NC machine tool. The performance of the machine has a direct impact on the machining accuracy and efficiency. Based on the comparative analysis of the common servo feed methods, the feed scheme of the machine tool is determined. The servo feed system is modeled by electromechanical coupling; the servo feed system is designed according to the automatic control theory; the control parameters are formulated; the designed servo system is simulated, and the dynamic characteristics of the system are analyzed. The operating performance of the system is verified. The static and dynamic characteristics of the components of the machine tool directly determine the machining performance of the machine body. In this paper, the mechanical properties of the important structural parts which have great influence on the machine tool performance are analyzed by using finite element method. In order to improve the static and dynamic characteristics of the machine tool, the static and dynamic characteristics of the machine tool are analyzed, and the weak links of the machine tool are found out. Finally, the preliminary experiment of denture processing with the designed machine tool prototype is carried out. The processing experiment shows that the denture manufactured by the five-axis machine tool designed in this paper can meet the clinical requirements of oral prosthesis. And the machine has a high processing efficiency.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG659
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 范世平;刘艳红;仇健;马晓波;林剑峰;;A、C双摆头型五轴机床工作精度检验方法研究[J];工具技术;2013年04期
2 赵玉侠;狄杰建;高德文;;基于五轴机床的叶轮实体建模与加工[J];制造技术与机床;2011年12期
3 程飞;李然;;五轴机床整体结构配置优化与叶轮加工后置信息研究[J];科技风;2014年02期
4 王立松,张晶;一种摆头转台式五轴机床后处理算法研究[J];组合机床与自动化加工技术;2005年11期
5 李然;程飞;;五轴机床的叶轮实体建模与加工研究[J];科技资讯;2014年06期
6 ;香港科大正开发五轴机床数控技术[J];机电一体化;1995年S2期
7 陈良骥;刘元朋;;基于五轴机床空间运动分析的后处理研究[J];制造技术与机床;2008年05期
8 周小飞;李会江;陈伟;李静蓉;;五轴机床旋转轴偏置的后置处理算法研究[J];制造业自动化;2013年06期
9 江磊;李庄;李相标;周良明;段昌德;丁国富;;无限旋转C轴工作台结构的五轴机床后置转角求解[J];中国机械工程;2014年16期
10 郑樎默;林浒;盖荣丽;;基于通用运动模型的五轴机床后置处理[J];计算机集成制造系统;2010年05期
相关会议论文 前8条
1 魏小红;肖乃宽;;五轴机床维修实例[A];陕西省机械工程学会九届二次理事扩大会议论文集[C];2010年
2 魏小红;肖乃宽;;五轴机床维修实例[A];陕西第二届数控机床及自动化技术专家论坛论文集[C];2011年
3 王宏刚;王建锋;焦永灵;;非正交摆头五轴机床后处理器开发研究[A];第五届数控机床与自动化技术专家论坛、第18届中国西部国际装备制造业博览会专刊[C];2014年
4 任学能;;天线接头高精度定位孔在五轴机床上的加工[A];数控设备使用和管理学术研讨会论文集[C];2003年
5 秦忠;黄知洋;高健;;试论精度标准在多工位机床制造中的作用[A];2012年全国地方机械工程学会学术年会论文集(云南省分册)[C];2012年
6 李冬茹;;我国机床行业今后发展的思考[A];“中国创新论坛”之“走进山东”系列活动主题报告[C];2010年
7 李惠盛;;浅论伺服进给系统存在死区的合理性[A];第五届全国电加工学术年会论文集(电火花成型加工篇)[C];1986年
8 秦忠;黄知洋;;多工位机床精度标准编制研究[A];创新装备技术 给力地方经济——第三届全国地方机械工程学会学术年会暨海峡两岸机械科技论坛论文集[C];2013年
相关重要报纸文章 前9条
1 中航工业成飞 梅梅 牟文平;“S”试件——打造五轴机床检测国际新标准[N];中国航空报;2013年
2 本报记者 孟为;京产五轴机床铣出高精密叶片[N];北京日报;2006年
3 记者 王学军;江苏多梭领衔国内五轴机床开发[N];中国船舶报;2007年
4 杨忠厚;辽宁机床出口结构发生历史性变化[N];辽宁日报;2008年
5 陈文;英国推出具有“熄灯生产”能力的机床[N];中国工业报;2004年
6 李虎城;您的机床“健康状况”如何?[N];中国机电日报;2001年
7 中国机电商会机床分会 韩鹏昊;今年机床出口增速将达15%[N];国际商报;2013年
8 本报记者 刘英邋司建楠;促进技术自主再创 近百万台市场有待开发[N];中国工业报;2008年
9 本报记者 王一昆;世界机床精英汇聚EMO 2007 中国元素点亮展会[N];机电商报;2007年
相关博士学位论文 前6条
1 潘芳煜;五轴机床几何误差补偿与验证关键技术研究[D];上海大学;2014年
2 张亚;基于误差敏感方向加工测试的五轴机床旋转轴运动误差辨识方法研究[D];浙江大学;2013年
3 姜忠;影响工作精度的五轴数控机床联动性能测试方法研究[D];电子科技大学;2017年
4 宋智勇;基于直纹曲面试件的五轴机床精度检验方法研究[D];电子科技大学;2017年
5 孙永平;机床静态精度的机构模型与结构工艺性研究[D];大连理工大学;2015年
6 袭著燕;基于信号特征的数控交流伺服进给系统摩擦建模与补偿研究[D];山东大学;2006年
相关硕士学位论文 前10条
1 张娜;基于AxiSet的五轴测量方法的设计与实现[D];中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所);2015年
2 林萍;正交型五轴机床建模及NC刀具路径的仿真加工研究[D];湖北工业大学;2017年
3 李庄;五轴机床运动学通用建模理论研究及应用[D];西南交通大学;2013年
4 杨涛;五轴机床复合式转台平衡机构的研究[D];北京交通大学;2009年
5 田守仁;平端面钻中心孔机床精度检验标准的研究[D];大连理工大学;2015年
6 李旺;导气箍表面抛光机床的设计及动态特性仿真[D];东北大学;2014年
7 牛桂平;1-PU/2-UPS并联运动机床的误差分析[D];山东理工大学;2016年
8 史荣华;废旧机床精度再制造性分析与研究[D];江苏理工学院;2016年
9 杨建军;现场修复机床模块化设计与动态特性分析[D];兰州理工大学;2011年
10 谢庆陆;伺服进给系统多轴联动仿真及参数优化研究[D];天津大学;2016年
,本文编号:1502266
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/1502266.html