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3015M型光纤激光切割机结构分析及优化

发布时间:2018-04-03 17:38

  本文选题:激光切割机 切入点:有限元分析 出处:《济南大学》2017年硕士论文


【摘要】:激光切割机作为一种高效切割设备,在工业领域内应用越来越广泛,随着激光切割机在切割市场中的占有率不断攀升,越来越多的新型产品不断出现并投入市场,国内外对于激光切割机的研究重点,多集中在激光器及机电控制系统方面,对于激光切割机结构的稳定性、可靠性的研究相对较少。本文的研究对象为3015M型光纤激光切割机,是山东镭鸣数控激光装备有限公司自主研发的一款板管一体式光纤激光切割机。本文通过使用有限元分析软件ANSYSWorkbench,对3015M型光纤激光切割机进行了动静态研究,并综合生产实际与理论分析,对部分结构进行了设计及优化。本文的研究工作主要为以下几个方面:(1)介绍3015M型光纤激光切割机主要技术参数,并依据此型设备运行速度的设计指标,选定适用的伺服电机;根据厂家提出的优化要求,分析了此型设备的五种工作状况;使用Solidworks建立此型设备的三维结构模型,并在保留结构特点的同时进行简化;将三维模型导入Workbench内,对各部件施加边界约束条件,并进行网格划分,建立其有限元模型。(2)使用Workbench内刚体运动分析模块,对3015M型光纤激光切割机进行运动仿真,分析结构的受力情况;对整机及Z轴组件、横梁组件进行静力分析,依据实际问题与分析结论,对横梁组件进行改进。(3)设计了一款铸造横梁;依据响应面优化法,以保证铸造横梁结构强度的前提下,减轻重量为目标,对铸造横梁进行了优化分析,选定了铸造横梁的设计参数,并对优化后铸造横梁进行了静力分析检验,选定了一款伺服电机。(4)对此型设备进行了动力学有限元分析,使用瞬态分析模块,建立Z轴组件的刚柔耦合模型,分析了两种工况下激光头的振动问题,对Z轴组件进行了改进设计,并将改进方案应用到实际生产中。本文研究成果对实际设计、生产提供了有效参考,部分改进方案已经实际应用,并取得了良好效果,具有一定的理论指导和生产应用的意义。
[Abstract]:As a kind of efficient cutting equipment, laser cutting machine is more and more widely used in the industrial field. With the increasing share of laser cutting machine in the cutting market, more and more new products appear and put into the market.The research emphasis of laser cutting machine at home and abroad is mainly focused on laser and electromechanical control system, but the research on the stability and reliability of laser cutting machine structure is relatively few.The research object of this paper is 3015M optical fiber laser cutting machine, which is a kind of plate tube integrated optical fiber laser cutting machine developed by Shandong Radium numerical Control Laser equipment Co., Ltd.In this paper, the dynamic and static analysis of 3015M optical fiber laser cutting machine is carried out by using ANSYS Workbench, and some structures are designed and optimized by synthesizing the practical and theoretical analysis.This paper mainly introduces the main technical parameters of the 3015M fiber laser cutting machine, and selects the suitable servo motor according to the design index of the speed of this type of equipment, and according to the optimized requirements of the manufacturer, the main research work of this paper is as follows: (1) introduction of the following aspects: 1) introduction of the main technical parameters of the 3015M optical fiber laser cutting machine.This paper analyzes the five working conditions of this kind of equipment, establishes the three-dimensional structure model of this type of equipment by using Solidworks, and simplifies it while retaining the structural characteristics, introduces the three-dimensional model into Workbench, and imposes boundary constraint conditions on each component.The finite element model is established. (2) using the rigid body motion analysis module in Workbench, the motion simulation of 3015M fiber laser cutting machine is carried out to analyze the force situation of the structure, and the static analysis of the whole machine, Z-axis assembly and beam assembly is carried out.According to the practical problems and analysis conclusions, a cast beam is designed based on the improvement of the beam assembly, and the aim is to reduce the weight of the cast beam under the premise of ensuring the structural strength of the cast beam, according to the response surface optimization method.The optimization analysis of cast crossbeam is carried out, the design parameters of cast crossbeam are selected, and the static analysis of cast crossbeam after optimization is carried out, and a servo motor. 4) the dynamic finite element analysis of this type equipment is carried out.Using transient analysis module, the rigid-flexible coupling model of Z-axis assembly is established, and the vibration of laser head under two working conditions is analyzed. The improved design of Z-axis assembly is carried out, and the improved scheme is applied to practical production.The research results in this paper provide an effective reference for practical design and production, and some of the improved schemes have been applied in practice, and have achieved good results, which has a certain theoretical guidance and production application significance.
【学位授予单位】:济南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG485

【参考文献】

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本文编号:1706226

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