UT5数控平旋盘的设计与优化分析

发布时间：2017-11-21 22:19

  本文关键词：UT5数控平旋盘的设计与优化分析

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【摘要】：科学技术的发展,制造技术的进步以及现实需求的变化,促使现代数控机床向着高速、高效、高精度、高可靠性和工艺复合化的方向发展。随着人们对产品质量要求的提高,只在X,Y,Z轴三轴联动的普通机床上加工已不能满足消费者的需要,还需要B轴,U轴等多轴联动的复合加工。数控平旋盘作为一种高端数控机床的功能部件,可实现U轴功能。本文通过理论计算与有限元分析相结合的方法,对数控平旋盘的传动原理,旋转体的静动态特性,以及旋转平衡性能做了深入的研究与分析,优化其结构,为之后的进一步研究提供了方向与依据。本文研究的内容与结论如下:(1)分析数控平旋盘的结构与传动原理,详细介绍了消除平旋盘旋转运动对滑板进给影响的行星轮差动系统的原理,总结出了UT5数控平旋盘的特点。(2)对平旋盘的旋转体系统做了静态特性分析,通过有限元仿真得到旋转体受力变形的云图,得到了旋转体在最大工作转速下的整体最大变形为18.716μm,最大应力为19.013MPa,满足平旋盘的设计要求。同时找出了旋转体结构的薄弱环节,为进一步的结构优化设计做铺垫。(3)对数控平旋盘的旋转体系统做了动态性分析,主要进行了模态分析和谐响应分析。模态分析得到了旋转体系统各阶固有频率,在此基础上得到了各阶的临界转速,其中一阶临界转速为9180r/min,大于旋转体的最高转速315r/min,从而有效地避开了工作中的共振现象。谐响应分析得到了在铣削力的激振频率范围内,各位移对频率的响应曲线,得出了在870Hz左右,六阶模态处,位移的变化量最大,为进一步的结构优化设计做铺垫。(4)对数控平旋盘的平衡性能的研究,根据平旋盘的结构和安装特点,设计了标准统一的平衡块,通过改变质量分布的方法,在适当的地方,加上平衡块,从整体上尽可能地减少旋转体的不平衡情况,并通过实验,验证了平衡块设计的合理可行性。(5)对数控平旋盘旋转体做结构优化设计,利用有限元优化软件在结合静动态特性分析的基础上,提出了以强度为约束条件,以减轻重量为目标,对旋转体进行拓扑优化的方案,在满足系统一定的刚度,强度,一阶固有频率条件下,改变旋转体外圆周壁厚从140mm变为136mm以及板筋厚度从20mm变为18mm,使其所使用的材料减少,提高材料的利用率。优化后旋转体的质量由原来的82.1Kg减少到77.4Kg,减少了5.7%,并且仍然保持着良好的刚度,强度和一阶固有频率,满足设计加工的需要。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659

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本文编号：1212508