数控铣床关键零部件模块化建模与有限元分析

发布时间：2017-07-05 10:16

  本文关键词：数控铣床关键零部件模块化建模与有限元分析

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【摘要】： 数控机床正朝着高性能、高精度、高效率、高柔性、高自动化和模块化方向迅速发展。尽管我国数控机床的制造、设计、检测等技术得到了一定的发展,但与国外相比,差距还是很大,主要表现在:可靠性差、应变能力差、产品开发周期长、设计手段落后等,这种差距尤其表现在高精度、高速度等尖端机床方面。模块化设计是快速响应设计的核心,基于模块化结构的大型复杂机械结构的动态特性决定了产品的质量。我们期望在设计阶段即能了解未来产品的各种静、动态性能,并根据要求对结构进行优化改进,避免产品样机的反复试制、测试及改进过程。为此,大型复杂机床结构的快速、个性化设计及其动、静态特性成为设计阶段的关键。 本文以数控铣床为研究对象,采用先进、科学的CAD/CAE手段,根据“模块化设计”提出设计方案,对模块化数控铣床的重要部件,如主轴部件模块等分别进行动态性能研究,分析模块化机床结构的结合面参数对整机动态特性的影响。本文主要包括以下内容如下: 1.分析了数控机床模块化设计和有限元分析相关研究领域的发展状况,阐述课题提出的目的和意义,明确了本文研究的主要内容。 2.以机床模块结构相似性为依据,研究了基于结构层次分解、组合的数控机床模块化设计的一般性过程和方法。并以数控铣床为例阐述了模块化设计的实现,如:模块的划分、模块的创建以及模块的评价等。 3.研究了基于模块化设计的机床结构静、动态特性分析,在大型有限元分析软件ANSYS平台上,分析了基于有限元的铣床主轴部件动态特性。 4.阐述模块化机床结构的结合面的理论建模原理和方法以及识别方法,并研究结合面参数对机床结构动态特性的影响。 最后总结了全文的主要结论,得出了一些有益的结论,并提出了进一步研究的设想
【关键词】：模块化设计 数控铣床 有限元 结合面
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TG547
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 模块化设计研究现状8-11
• 1.1.1 模块化设计与制造的意义8-10
• 1.1.2 模块化设计开发研究的主要内容10-11
• 1.2 有限元分析在机床结构设计的研究现状11-12
• 1.3 课题的提出及论文的结构体系12-14
• 1.3.1 课题来源12-13
• 1.3.2 课题研究的目的、意义13
• 1.3.3 论文研究的主要内容13-14
• 第2章 数控铣床模块化设计的研究14-35
• 2.1 模块化设计及其相关概念14-18
• 2.1.1 机械产品结构设计特点及其分类14-15
• 2.1.2 模块化设计的概念及其特点15-18
• 2.2 模块化设计的基本理论和方法18-25
• 2.2.1 模块化产品模块的划分18-21
• 2.2.2 模块化产品族模块系统规划21-23
• 2.2.3 模块化设计的系统分解23-24
• 2.2.4 模块的综合24-25
• 2.3 基于模块化设计的结构静、动态特性分析系统框架模型25-26
• 2.4 机床产品结构的模块化特性与实现26-34
• 2.4.1 机床产品结构的模块化特性26-27
• 2.4.2 数控铣床模块化设计的实现27-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 数控铣床主轴部件模块的有限元分析35-47
• 3.1 高速电主轴的结构分析35-36
• 3.2 主轴轴承36-39
• 3.2.1 主轴轴承刚度的计算37-39
• 3.2.2 轴承的阻尼39
• 3.3 主轴部件的有限元分析39-46
• 3.3.1 振动分析基础39-40
• 3.3.2 有限元模型的建立40-42
• 3.3.3 模态分析42-44
• 3.3.4 临界转速的计算44-45
• 3.3.5 主轴部件的谐响应分析45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 结合面参数对结构动态特性的影响研究47-62
• 4.1 模块化机床结构的结合面联接类型47-50
• 4.1.1 模块结合部形式分类47-48
• 4.1.2 模块结合面的动力学模型48-50
• 4.2 基于分形理论的接触刚度模型研究50-52
• 4.3 结合面的刚度和阻尼52-54
• 4.3.1 结合面的刚度52-53
• 4.3.2 结合面阻尼53-54
• 4.4 结合面参数的试验模态识别方法54-57
• 4.4.1 用传递函数识别机械结构结合面参数的试验方法54-56
• 4.4.2 理论建模与动态试验相结合的系统辨识法56-57
• 4.5 结合面参数对结构动态特性的影响57-61
• 4.5.1 基于各部件结合面联接数控铣床整机动态分析57-60
• 4.5.2 基于各部件粘接联接数控铣床整机动态分析60-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第5章 总结与展望62-64
• 5.1 本文总结62
• 5.2 工作展望62-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 附录 研究生期间发表的论文68

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘超峰;张淳;张功学;;DVG850高速立式加工中心主轴箱动刚度分析[J];煤矿机械;2010年12期

2 刘超峰;张淳;张功学;陈英;;高速立式加工中心主轴箱阻尼减振的数值模拟[J];组合机床与自动化加工技术;2010年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 杨建军;现场修复机床模块化设计与动态特性分析[D];兰州理工大学;2011年

2 何云峰;拉索锚具大螺距外螺纹加工专用双旋风铣机床的动态特性研究[D];广西工学院;2011年

3 刘阳;面向石材制品的复合加工理论及应用研究[D];山东大学;2010年

4 李燕东;卧式加工中心立柱静动态有限元分析及优化设计[D];山东轻工业学院;2012年

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本文编号：521550