基于运动学仿真的高速五轴龙门加工中心结构优化设计

发布时间：2020-06-04 10:20

【摘要】：以XK2525-80-5X高速五轴龙门加工中心为研究对象,建立该加工中心的刚柔耦合模型,识别整机薄弱环节,并针对相关部件的结构进行优化设计。本文主要内容如下:(1)利用ADAMS和Hypermesh分别建立立柱、溜板、横梁和滑枕单独为柔性体的加工中心刚柔耦合虚拟样机模型,以刀尖运动过程中的偏移量平均值、标准差、最大值和最终误差为评价标准,通过运动学仿真,分析对比四个部件对整机运动的影响程度,发现溜板和横梁在整机运动过程中对X轴和Z轴方向的运动影响较大,滑枕对Y轴方向影响较大。(2)根据溜板单独柔性化处理建立的刚柔耦合模型的运动学仿真结果,对溜板X轴和Z轴方向动静刚度进行优化,并根据实际工程需求,将溜板生产工艺由铸造换为焊接,最终由溜板导致的加工中心刀尖X轴和Z轴方向的运动偏移量的平均值降低50.22%和15.76%,标准差降低43.66%和44.63%。(3)利用灵敏度分析和正交试验法对横梁X轴和Z轴方向动静刚度进行了优化,横梁导致的加工中心刀尖运动偏移量平均值分别降低32.97%、24.63%,偏移量标准差分别降低43.70%、34.78%;利用截面优化的方法对滑枕结构进行了优化,改善整机Y轴方向的运动性能。(4)建立溜板、横梁和滑枕优化后的整机模型,与原整机的动静态特性和运动性能进行对比。结果表明,虽然整机质量增加了 1.92%,但在相同载荷和约束下,优化后加工中心刀尖在X轴、Y轴、Z轴方向的最大静变形分别降低了 10.49%,3.30%和14.43%;前三阶约束模态频率分别提高了 5.34%、10.45%和2.41%;整机运动过程中刀尖各坐标轴方向的偏移量平均值分别降低了 32.97%、6.15%和24.63%,标准差降低了 43.70%、14.59%和34.78%。加工中心整机的综合性能得到了改善。
【图文】：

示意图,龙门加工中心,整机结构,示意图

上的直线电机驱动形成Ｘ轴方向运动。溜板与横梁相连，横梁上安装有两根重载滚柱导逡逑轨，通过直线电机驱动，使滑鞍组件做Ｙ轴横向运动。滑枕是通过伺服电机，经过滚珠逡逑丝杠作Ｚ轴运动。加工中心整机结构如图１－１所示。该加工中心支持四轴与五轴的高速逡逑铣头。在本文中，若不做特殊说明，延立柱水平方向设为Ｘ轴方向，与立柱水平垂直方逡逑向设为Ｙ轴方向，竖直方向为Ｚ轴方向。逡逑１逡逑

刚柔耦合,虚拟样机,论文研究,多体系统动力学

可以借此得到有效地优化和提高。逡逑本文针对ＸＫ２５２５－８０－５Ｘ高速龙门加工中心，，建立其刚柔耦合虚拟样机模型进行运逡逑动学仿真，分析各部件对整机运动过程的影响，刚柔耦合虚拟样机建模过程如图１－２所逡逑示。根据分析结果，对相关部件进行有针对性的结构优化，研究各部件动静态性能与整逡逑机运稳定性的关系。论文的主要内容及安排如下：逡逑ｒ逦－－逦邋部件柔性化逦．“一－－一．逡逑！邋ＸＫ２５２５－８０－５Ｘ邋ｉ逦处理逦桃女山从士从逡逑ＣＡＤ模型；逦＾模态中性文件逡逑导入ＡＤＡＭＳ逡逑……一－对应部件替代刚性逡逑多刚体邋逦逦逡逑虚拟样机逡逑逦ｉ逦逡逑刚柔耦合逡逑虚拟样机逡逑图１－２刚柔耦合虚拟样机建模过程逡逑第一章：在阐述论文研究背景和研宄意义的基础上，主要针对多体系统动力学理论、逡逑虚拟样机的建立与运动学仿真、机床部件结构优化三个方面的研究现状进行了综述，并逡逑阐述本论文的主要研宄内容。逡逑第二章：详细阐述ＸＫ２５２５－８０－５Ｘ高速龙门加工中心在ＡＤＡＭＳ中的虚拟样机建模逡逑过程，利用有限元软件Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ对加工中心主要部件进行柔性化处理，建立了加工中逡逑心横梁－滑鞍－滑枕组件的刚柔耦合模型，并利用模态实验验证有限元建模和计算的准确逡逑性。逡逑第三章：分别建立加工中心立柱、溜板、横梁和滑枕的刚柔耦合虚拟样机并进行运逡逑动学仿真。以刀尖顶端为参考点，通过对比刀尖偏移量的平均值、标准差、最大值和最逡逑
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG659

【参考文献】