新型圆柱凸轮传动式数控转台结构分析与优化设计

发布时间：2020-04-11 01:31

【摘要】：近年来随着科技的发展,加工中心在功能、效率、机械性能等方面都有了很大的提升,制造业的发展使得加工中心的需求越来越高。加工中心之中,数控转台是重要附件,其性能好坏能够直接决定加工中心加工质量高低及加工性能好坏。新型圆柱凸轮传动式数控转台改变了传统的传动方式,具有加工精度高、可承载力大、高输入转速、高刚度等优点。本文将对新型圆柱凸轮传动式数控转台的动静态特性分析、谐响应分析及结构优化等方面进行深入研究,在缩短研发周期和节约开发成本的基础上,使新型圆柱凸轮传动式数控转台在保证具有良好的动静态特性的基础上达到轻量化设计。本文主要研究内容如下:(1)新型圆柱凸轮传动式数控转台的结构设计研究。对新型圆柱凸轮传动式数控转台的总体设计方案进行分析,举例说明转台所受切削力的计算方法,针对数控转台结构的关键组成机构进行研究与计算,利用MATLAB及SolidWorks建模软件,对新型圆柱凸轮传动式数控转台的各零部件进行三维实体模型的建立及整体装配。(2)基于有限元法,利用ANSYS Workbench软件对新型圆柱凸轮传动式数控转台的动静态特性展开分析研究。设定好新型圆柱凸轮传动式数控转台各零部件的材料属性及其相互之间的接触特性、边界条件等,对其进行动静态特性分析研究,得到新型圆柱凸轮传动式数控转台的动静态特性。结果表明:新型圆柱凸轮传动式数控转台静刚度满足设计要求且工作过程中不会发生共振现象。随后,根据谐响应分析理论,对新型圆柱凸轮传动式数控转台进行空载及满载两种状态下的谐响应分析,得出不同方向切削力对数控转台切削精度的影响。(3)对新型圆柱凸轮传动式数控转台进行了响应面模型的建立。介绍了优化设计的相关理论知识以及响应面理论相关内容,以新型圆柱凸轮传动式数控转台的参数化模型为基础,结合其动静态分析得到的结果,确定了设计变量,对新型圆柱凸轮传动式数控转台待优化模型进行试验点及响应面模型的建立,并得到了设计变量与动静态特性的响应曲线图。(4)基于多目标优化对新型圆柱凸轮传动式数控转台进行了结构优化设计。确定了新型圆柱凸轮传动式数控转台的优化目标函数及约束条件,并对其进行灵敏度分析,得到了设计变量对其目标函数及约束条件的灵敏度。对新型圆柱凸轮传动式数控转台进行多目标优化,并对优化前后模型的动静态特性进行对比,结果表明:新型圆柱凸轮传动式数控转台优化后的动静态特性分别有了不同程度的提高,且整体质量有所降低。
【图文】：

数控转台,可倾式,实物

随着经济发展、科技进步，现代加工中心在品种、性能、功能、适用性上都有了很大的发展，正因如此，在机械加工行业中，现代加工中心逐渐取代了传统加工方式，成为主要的加工设备[1,2]。随着机械制造行业的发展，，加工中心需要加工的零件也越来越复杂，目前越来越多的加工中心能够快速准确的加工复杂的零部件，这样便能大幅提高生产效率，尤其是一些对零件表面要求苛刻的领域，可以做到传统工艺难以完成的零件加工[3]。数控转台是一台加工中心或数控机床的重要附件，可以说，加工中心的整体加工性能是否达到预期目标，与数控转台的性能好坏有着直接的关系[4]。目前市场上一些数控转台内部传动机构的刚性差，使用后摩擦磨损较严重，从而导致数控转台的加工精度、分度精度、承载能力等等方面e笮阅懿⒉焕硐耄沟闷渌诘募庸ぶ行奈薹ù锏缴杓圃て诘男阅躘5,6]。因此，设计出加工精度高、轻量化、承载力大、结构刚度高等拥有良好性能的数控转台至关重要，不仅能够提高转台自身的工作效率还能够提高加工中心的整体性能[7,8]。下图 1-1、1-2 分别为常见的可倾式数控转台及立式数控转台实物图[9]。

数控转台,实物

随着经济发展、科技进步，现代加工中心在品种、性能、功能、适用性上都有了很大的发展，正因如此，在机械加工行业中，现代加工中心逐渐取代了传统加工方式，成为主要的加工设备[1,2]。随着机械制造行业的发展，加工中心需要加工的零件也越来越复杂，目前越来越多的加工中心能够快速准确的加工复杂的零部件，这样便能大幅提高生产效率，尤其是一些对零件表面要求苛刻的领域，可以做到传统工艺难以完成的零件加工[3]。数控转台是一台加工中心或数控机床的重要附件，可以说，加工中心的整体加工性能是否达到预期目标，与数控转台的性能好坏有着直接的关系[4]。目前市场上一些数控转台内部传动机构的刚性差，使用后摩擦磨损较严重，从而导致数控转台的加工精度、分度精度、承载能力等等方面e笮阅懿⒉焕硐耄沟闷渌诘募庸ぶ行奈薹ù锏缴杓圃て诘男阅躘5,6]。因此，设计出加工精度高、轻量化、承载力大、结构刚度高等拥有良好性能的数控转台至关重要，不仅能够提高转台自身的工作效率还能够提高加工中心的整体性能[7,8]。下图 1-1、1-2 分别为常见的可倾式数控转台及立式数控转台实物图[9]。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG659

【相似文献】