QMSK全自动磨削机的设计优化及应用研究

发布时间：2017-05-24 21:05

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【摘要】：随着“中国制造2025”的提出,我国机械制造行业向着智能、高效、环保的方向发展。铸造行业作为机械制造业的基础,提倡“绿色铸造”的理念。但是,铸件打磨车间却是机械制造工厂中工作条件较差,自动化程度较低,烟气、粉尘、噪声等污染较集中的场所,已经成为铸造行业发展的短板,阻碍着“中国制造2025”目标的实现。目前实现铸件打磨车间的机械自动化已成为铸造行业发展的必然趋势,因此对全自动磨削机的研发与设计具有重大的意义。本文工作主要从事QMSK全自动磨削机的研发与应用,以机械结构设计、有限元分析、结构优化及磨削自动化的实现为研究对象。利用3D软件Solidworks对磨削机进行设计、建模,并利用ANSYS Workbench对主要的机械结构进行有限元静、动态分析与结构优化。在保证机械性能的前提下极大地节约了制造成本。具体内容分为以下几个方面:首先对QMSK全自动磨削机的结构和功能进行了介绍。并根据设备的设计方案和各部位的功能,利用三维建模软件Solidworks对设备的各结构进行三维建模、选型。并对各结构实现的功能进行介绍。接着利用有限元分析软件ANSYS Workbench,选取QMSK系列全自动磨削机的主要承重结构X轴机床支架作为分析对象,对其进行有限元静态与模态分析,完成了对X轴机床支架的刚度校核,分析X轴支架的1~6阶固有频率,并对各阶振型进行介绍,理论上验证了结构设计的合理性,防止了共振的发生。然后利用ANSYS Workbench中多目标优化功能对X轴机床支架进行结构优化。把X轴机床支架各板材的厚度作为设计变量,把总重量、变形量及等效应力作为期望参数,通过给定的目标函数进行优化,并配合响应面分析与灵敏度分析,最终选取最优参数并对X轴机床支架各参数进行重新建模。对新模型进行静力学分析与模态分析,并与优化前的有限元分析结果进行对比。结果显示X轴机床支架的总质量降低了11%,高达454 kg。最后本文将二维码技术与机器视觉组合成的自动识别系统应用到铸件识别和检测中,实现磨削机的全自动磨削,保证其打磨结果的可靠性。并对磨削机的现场运作情况,工作效率及产品质量等进行采集与分析,总结出不同情况下磨削机的最佳运行状态。
【关键词】：全自动磨削机 X轴机床支架 静力学分析 模态分析 结构优化 自动识别系统
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG596
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 课题研究背景及意义11-13
• 1.1.1 课题研究背景11-12
• 1.1.2 课题研究意义12-13
• 1.2 国内外磨削设备研究现状13-17
• 1.2.1 国内磨削设备现状13-15
• 1.2.2 国外磨削设备现状15-17
• 1.3 有限元方法在结构优化中的应用17-22
• 1.3.1 有限元方法概述17-19
• 1.3.2 有限元分析在机床支架设计中的应用19
• 1.3.3 结构优化在机械设计中的应用19-20
• 1.3.4 ANSYS workbench概述20-22
• 1.4 自动识别系统22-23
• 1.4.1 二维码技术及应用22
• 1.4.2 机器视觉系统及应用22-23
• 1.5 本文主要研究内容23-25
• 第二章 磨削机主要机械结构及功能介绍25-37
• 2.1 总体方案设计25-26
• 2.1.1 设备的技术背景25
• 2.1.2 方案设计路线25-26
• 2.2 设备的主要机械结构26-31
• 2.2.1 磨削机总体介绍26-27
• 2.2.2 磨削机主要机构介绍27-31
• 2.3 铸件自动识别和定位设计31-34
• 2.3.1 二维码识别31-33
• 2.3.2 机器视觉系统33-34
• 2.4 设备功能及特点介绍34-35
• 2.4.1 设备的功能介绍34
• 2.4.2 磨削机的特点34-35
• 2.5 磨削机的主要参数35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 X轴机床支架的有限元分析37-54
• 3.1 机床支架的静力学分析37-49
• 3.1.1 静力学分析基础37-38
• 3.1.2 机床支架三维模型的建立及导入38-41
• 3.1.3 材料属性的设置41
• 3.1.4 网格划分41-42
• 3.1.5 施加约束与载荷42-45
• 3.1.6 求解及结果分析45-49
• 3.2 机床支架的模态分析49-53
• 3.2.1 模态分析的基础50
• 3.2.2 模态分析的步骤50-51
• 3.2.3 模态分析结果与后处理51-53
• 3.3 本章小结53-54
• 第四章 机床支架的优化设计54-71
• 4.1 机械结构优化设计54-55
• 4.1.1 结构优化设计54-55
• 4.1.2 结构优化工具55
• 4.2 机床支架参数化模型的建立55-57
• 4.2.1 设计变量的确定56-57
• 4.2.2 设计优化的数学模型57
• 4.3 响应面分析及灵敏度分析57-63
• 4.3.1 试验点的选取57-59
• 4.3.2 响应面分析59-62
• 4.3.3 灵敏度分析62-63
• 4.4 优化方案的选定63-65
• 4.5 优化后有限元分析与结果比对65-70
• 4.5.1 静力学分析结果优化前后对比65-67
• 4.5.2 动力学分析结果前后对比67-69
• 4.5.3 优化前后各参数对比69-70
• 4.6 本章小结70-71
• 第五章 现场调试及磨削效果71-82
• 5.1 二维码的应用71-72
• 5.2 视觉系统72-76
• 5.3 磨削机应用76-81
• 5.3.1 磨削参数的确定76-78
• 5.3.2 磨削机打磨效果78-79
• 5.3.3 磨削效果对比79-81
• 5.4 本章小结81-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 总结82-83
• 6.2 课题展望83-84
• 参考文献84-89
• 致谢89-90
• 研究生期间发表的论文90

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2 常程,李金良,闫善权;自动磨削机磨削控制方法的研究[J];机械工程师;2001年09期

3 ;国外磨削机理研究动态[J];砂轮;1977年02期

4 左武p

本文编号：391948