数控刀架动静态及可靠性分析
发布时间：2021-08-24 13:03
数控刀架是数控机床中核心的功能部件,作为一个集多种刀具装夹、快速转换刀位和直接参与切削作业的装置,数控刀架的出现大大缩短了切削加工的辅助时间,可有效降低加工过程中带来的误差,刀架本身的性能会对机床整体水平的评判起到关键的作用。我国作为数控刀架产业的后起之秀,近些年持续加大对中高档数控刀架的投入和研究,我国刀架产品在取得了较大进步的同时也暴露出了诸多不足之处。本论文以一台国产新型高档数控刀架为研究对象,采用有限元仿真与动静态测试相结合的方法对刀架对动静态特性做出评估;针对刀架端齿盘螺栓连接可靠性进行了分析优化;对端齿盘疲劳强度及由啮合面磨损带来的精度退化问题进行了建模分析。本文的主要研究内容及成果归纳总结如下:（1）对刀架进行了动静态有限元分析,首先在三维软件SolidWorks中对刀架模型进行了必要的简化及装配。结合数控刀架本身的结构特性和工作特点,在HyperMesh中建立起刀架的有限元模型,在对刀架动态特性影响较大环节的处理上,本文对螺栓连接采取了等效粘接的建模方法,运用虚拟材料的方法对轴承连接进行了建模,把非线性连接做了等效线性处理,取得了较好的仿真效果。随后将有限元模型导入Ab...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国内数控机床档次分布
东南大学硕士学位论文2综合能力，作为机床行业皇冠上的明珠，全球范围内能够制造的国家数量极少[10]。从图1.2中可以看出，在国内使用的高档数控机床产品中，进口产品的比例仍占据绝大多数。造成这一现状的原因有两个，一是国内对高端数控产品受众面较小，二是国内大量生产中低端数控产品，中高端产品起步晚产量低，技术水平与国外同类型产品相比差距明显[11][12]。图1.2进口/国产产品在国内高档数控机床的占比现代工业制造体系的不断向前发展，用户对数控机床的要求随之提升。从机床本身的加工性能到设备的可靠性再到综合使用成本都与过去的模式大不相同，目前正逐步形成功能部件的专业配套研制、机床主机厂按需采购，最后装配集成的生产模式[13]。在这种模式下，由于机床主要结构件，如床身、工作台、主轴箱等其本身制造工艺成熟，质量较为稳定，因此与机床配套的各功能部件的可靠性成为左右机床整机可靠性水平的重要因素[14]。实际上，国内机床行业多年以来都存在着“重主机轻配套”的现象，数控机床功能部件的发展跟不上世界先进产品的步伐，产品可靠性的不足精度较差则是尤为突出的问题，这也成为限制国内高端数控机床产品发展的短板所在[15]。随着数控机床中各部件不断发展，数控机床与数控刀架的结合使机床技术水平得到质的飞跃[16]。数控车床是数控转塔刀架与数控机床相结合的产物。而若数控床身与功能更加强大的数控动力刀架相结合则能形成功能更加齐全的数控加工中心[17]。数控转塔刀架的装备，从换刀速度的提高、切削进刀运动可控自由度的增加、被切削工件装夹基准的统一等方面极大的提升了机床的作业效率和作业能力，数控机床在设备制造业上的核心地位进一步得到提升[18][19]，这也是符合数控刀架组件系统在机床切削加工整体动力学
、橙色系列的液压刀架、红色系列的伺服刀架性能优异、产品种类齐全，覆盖了转塔刀架，动力刀架，带Y轴刀架，带B轴刀架及皇冠刀架等诸多产品类型。蓝色电动刀架系列采用电机驱动和锁紧，具有简易的控制系统，性能可靠，可实现中速定位；橙色液压刀架系列采用液压马达驱动液压锁紧，具有极佳的温度稳定性，可实现高速定位，适合进行大批量的机械加工；红色数控刀架系列采用伺服电机驱动液压锁紧，是一款高性能的刀架，可实现超高速定位，采用超载保护装置可有效避免发生撞车事故。适合进行大批量的机械加工。SAUTER公司的产品如图1.3~1.5所示图1.3蓝色系列电动刀架图1.4橙色系列液压刀架图1.5红色系列伺服刀架意大利的BARUFFALDI公司成立于1927年，初始业务以来生产的摩托车刹车装置为主[44]，由于数控产品市场的发展，BARUFFALDI逐渐转向数控刀架，变速箱和双速机电数控车床刀架组件的设计制造。BARUFFALDI公司研制的动力刀塔，由高强度的齿轮组合，与同类产品相比啮合面接触面更大；一体化制造成型的齿轮箱构造使结构动静态刚度良好更坚固，振动现象更小；在高速运行时内部的4触点角球型轴承比普通滚柱轴承更可靠；齿轮箱在安装、维护操作过程中，不需要对齿轮轴进行预热，大大方便
【参考文献】：
期刊论文
[1]数控转塔刀架可靠性研究综述[J]. 陈南,刘晨曦. 机械制造与自动化. 2015(04)
[2]国务院关于印发《中国制造2025》的通知[J]. 中华人民共和国国务院公报. 2015(16)
[3]基于Archard磨损理论的滑动导轨磨损率预测模型研究[J]. 王超,胡亚辉,谭雁清,崔洪胤. 润滑与密封. 2014(08)
[4]基于多态故障树的伺服刀架可靠性分析[J]. 刘晨曦,陈南,杨佳宁. 东南大学学报(自然科学版). 2014(03)
[5]数控车床中伺服刀架的应用研究[J]. 华淑云. 湖南农机. 2014(02)
[6]我国装备制造业发展回顾与展望[J]. 牛秀明. 物流技术. 2014(02)
[7]数控滚齿机刀架温度场及热误差仿真分析[J]. 韩江,姜小飞,夏链,田晓青. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2013(11)
[8]基于实例推理的数控刀架快速设计方法[J]. 王海巧,孙蓓蓓. 东南大学学报(自然科学版). 2013(06)
[9]基于ABAQUS的数控转塔冲床送进横梁模态分析[J]. 王珺,魏志国,郭艳君,王利利,姚煜珠,孟云峰. 锻压装备与制造技术. 2013(03)
[10]重型数控立式车床垂直刀架设计[J]. 李立强,姜辉. 制造技术与机床. 2013(04)
博士论文
[1]伺服转塔刀架可靠性评估及结构优化[D]. 刘晨曦.东南大学 2016
[2]滑动导轨副磨损建模及精度保持性研究[D]. 谭雁清.天津大学 2014
硕士论文
[1]机床刀架端齿盘精度与刚度分析[D]. 张诚.东南大学 2016
[2]伺服刀架结构力学分析及稳健性优化设计研究[D]. 陶亚楠.东南大学 2016
[3]数控转塔刀架零部件加工一致性研究[D]. 冯旭克.重庆大学 2016
[4]基于试验的国产数控刀架性能研究[D]. 崔政.东南大学 2016
[5]数控转塔刀架可靠性关键技术研究[D]. 喻春.重庆大学 2015
[6]SLT160伺服刀架静动态特性分析与优化[D]. 王奎.东南大学 2015
[7]基于分形接触的车床静态特性分析[D]. 王云.大连理工大学 2014
[8]动力伺服刀架齿轮传动系统静动态特性研究[D]. 马海杰.东北大学 2013
[9]直驱伺服数控刀架关键技术研究[D]. 璩国伟.东北大学 2012
[10]动力伺服刀架转位系统的可靠性研究[D]. 杨波.东北大学 2012
本文编号：3360040
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国内数控机床档次分布
东南大学硕士学位论文2综合能力，作为机床行业皇冠上的明珠，全球范围内能够制造的国家数量极少[10]。从图1.2中可以看出，在国内使用的高档数控机床产品中，进口产品的比例仍占据绝大多数。造成这一现状的原因有两个，一是国内对高端数控产品受众面较小，二是国内大量生产中低端数控产品，中高端产品起步晚产量低，技术水平与国外同类型产品相比差距明显[11][12]。图1.2进口/国产产品在国内高档数控机床的占比现代工业制造体系的不断向前发展，用户对数控机床的要求随之提升。从机床本身的加工性能到设备的可靠性再到综合使用成本都与过去的模式大不相同，目前正逐步形成功能部件的专业配套研制、机床主机厂按需采购，最后装配集成的生产模式[13]。在这种模式下，由于机床主要结构件，如床身、工作台、主轴箱等其本身制造工艺成熟，质量较为稳定，因此与机床配套的各功能部件的可靠性成为左右机床整机可靠性水平的重要因素[14]。实际上，国内机床行业多年以来都存在着“重主机轻配套”的现象，数控机床功能部件的发展跟不上世界先进产品的步伐，产品可靠性的不足精度较差则是尤为突出的问题，这也成为限制国内高端数控机床产品发展的短板所在[15]。随着数控机床中各部件不断发展，数控机床与数控刀架的结合使机床技术水平得到质的飞跃[16]。数控车床是数控转塔刀架与数控机床相结合的产物。而若数控床身与功能更加强大的数控动力刀架相结合则能形成功能更加齐全的数控加工中心[17]。数控转塔刀架的装备，从换刀速度的提高、切削进刀运动可控自由度的增加、被切削工件装夹基准的统一等方面极大的提升了机床的作业效率和作业能力，数控机床在设备制造业上的核心地位进一步得到提升[18][19]，这也是符合数控刀架组件系统在机床切削加工整体动力学
、橙色系列的液压刀架、红色系列的伺服刀架性能优异、产品种类齐全，覆盖了转塔刀架，动力刀架，带Y轴刀架，带B轴刀架及皇冠刀架等诸多产品类型。蓝色电动刀架系列采用电机驱动和锁紧，具有简易的控制系统，性能可靠，可实现中速定位；橙色液压刀架系列采用液压马达驱动液压锁紧，具有极佳的温度稳定性，可实现高速定位，适合进行大批量的机械加工；红色数控刀架系列采用伺服电机驱动液压锁紧，是一款高性能的刀架，可实现超高速定位，采用超载保护装置可有效避免发生撞车事故。适合进行大批量的机械加工。SAUTER公司的产品如图1.3~1.5所示图1.3蓝色系列电动刀架图1.4橙色系列液压刀架图1.5红色系列伺服刀架意大利的BARUFFALDI公司成立于1927年，初始业务以来生产的摩托车刹车装置为主[44]，由于数控产品市场的发展，BARUFFALDI逐渐转向数控刀架，变速箱和双速机电数控车床刀架组件的设计制造。BARUFFALDI公司研制的动力刀塔，由高强度的齿轮组合，与同类产品相比啮合面接触面更大；一体化制造成型的齿轮箱构造使结构动静态刚度良好更坚固，振动现象更小；在高速运行时内部的4触点角球型轴承比普通滚柱轴承更可靠；齿轮箱在安装、维护操作过程中，不需要对齿轮轴进行预热，大大方便
【参考文献】：
期刊论文
[1]数控转塔刀架可靠性研究综述[J]. 陈南,刘晨曦. 机械制造与自动化. 2015(04)
[2]国务院关于印发《中国制造2025》的通知[J]. 中华人民共和国国务院公报. 2015(16)
[3]基于Archard磨损理论的滑动导轨磨损率预测模型研究[J]. 王超,胡亚辉,谭雁清,崔洪胤. 润滑与密封. 2014(08)
[4]基于多态故障树的伺服刀架可靠性分析[J]. 刘晨曦,陈南,杨佳宁. 东南大学学报(自然科学版). 2014(03)
[5]数控车床中伺服刀架的应用研究[J]. 华淑云. 湖南农机. 2014(02)
[6]我国装备制造业发展回顾与展望[J]. 牛秀明. 物流技术. 2014(02)
[7]数控滚齿机刀架温度场及热误差仿真分析[J]. 韩江,姜小飞,夏链,田晓青. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2013(11)
[8]基于实例推理的数控刀架快速设计方法[J]. 王海巧,孙蓓蓓. 东南大学学报(自然科学版). 2013(06)
[9]基于ABAQUS的数控转塔冲床送进横梁模态分析[J]. 王珺,魏志国,郭艳君,王利利,姚煜珠,孟云峰. 锻压装备与制造技术. 2013(03)
[10]重型数控立式车床垂直刀架设计[J]. 李立强,姜辉. 制造技术与机床. 2013(04)
博士论文
[1]伺服转塔刀架可靠性评估及结构优化[D]. 刘晨曦.东南大学 2016
[2]滑动导轨副磨损建模及精度保持性研究[D]. 谭雁清.天津大学 2014
硕士论文
[1]机床刀架端齿盘精度与刚度分析[D]. 张诚.东南大学 2016
[2]伺服刀架结构力学分析及稳健性优化设计研究[D]. 陶亚楠.东南大学 2016
[3]数控转塔刀架零部件加工一致性研究[D]. 冯旭克.重庆大学 2016
[4]基于试验的国产数控刀架性能研究[D]. 崔政.东南大学 2016
[5]数控转塔刀架可靠性关键技术研究[D]. 喻春.重庆大学 2015
[6]SLT160伺服刀架静动态特性分析与优化[D]. 王奎.东南大学 2015
[7]基于分形接触的车床静态特性分析[D]. 王云.大连理工大学 2014
[8]动力伺服刀架齿轮传动系统静动态特性研究[D]. 马海杰.东北大学 2013
[9]直驱伺服数控刀架关键技术研究[D]. 璩国伟.东北大学 2012
[10]动力伺服刀架转位系统的可靠性研究[D]. 杨波.东北大学 2012
本文编号：3360040
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