平面关节型沙发扶手专用木工数控铣床设计研究

发布时间：2017-08-11 13:06

  本文关键词：平面关节型沙发扶手专用木工数控铣床设计研究

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【摘要】：木质沙发扶手因其天然的纹理,质感舒适越来越受到大众的追捧,需求量不断增大。目前,我国沙发扶手加工技术还是以传统手工加工和通用木工机床加工为主,这类加工方式生产效率和加工质量都比较低,已经不能够满足家具生产企业的需求。因此,研制实用高效的适用于沙发扶手轮廓加工的专用木工数控铣床就显得十分迫切。本课题通过分析国内外木工数控机床的现状和发展趋势,将机器人技术与数控技术有机结合,突破以往单一的直角坐标型机床结构形式,设计了一种平面关节型沙发扶手专用木工数控铣床,专门用于高效加工沙发扶手轮廓。该机床既具有现有数控机床的切削性能又具有机器人的灵活性,使工件在一次装夹的情况下完成轮廓整体周边铣削成形加工,提高了沙发扶手的生产效率和产品质量。基于木材切削加工时的切削参数,对木工铣床的切削力和切削功率进行了计算,确定了电主轴的型号。选择了步进电机配合谐波减速器的大小臂关节传动方式,并对其进行参数计算和选型。升降轴采用步进电机和滚珠丝杠螺母副相结合的方式实现垂直进给,对滚珠丝杠进行了详细的设计和校核。对专用木工数控铣床进行运动学分析,采用D-H法建立铣床的运动学模型,推导出运动学方程的正解、逆解,运用矢量积法求出铣床速度雅可比矩阵。利用Pro/E建立铣床三维模型,并将其转化为Parasolid文件格式导入到ADAMS中,在ADAMS/View模块下添加相应的约束及驱动函数,模拟沙发扶手四周轮廓的加工过程,为沙发扶手实际加工路径控制提供指导。同时利用ADAMS/Processor对铣床运动仿真的部分参数曲线进行分析,反馈结果表明铣床能够实现设计所要达到的功能,铣刀的轨迹跟踪良好,各部分之间不存在干涉,铣床结构设计合理。结合木工数控铣床的作业要求,设计了其控制系统,包括硬件选用、软件结构和功能设计,走刀路线规划等,在Visual C++平台上完成了沙发扶手四周轮廓一次性加工的自动控制程序设计。针对控制部分进行了初步调试,证明控制系统软硬件设计是可行的。
【关键词】：木工数控铣床 平面关节型 沙发扶手 一次性加工 ADAMS
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG547
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 国内外木工数控机床的发展现状9-11
• 1.2.1 国外木工数控机床的发展现状9-10
• 1.2.2 国内木工数控机床的发展现状10-11
• 1.3 沙发扶手传统加工存在的问题11
• 1.4 研究意义11-12
• 1.5 研究内容12-13
• 2 平面关节型沙发扶手专用木工数控铣床总体方案设计13-18
• 2.1 专用木工数控铣床的主要技术指标13
• 2.2 专用木工数控铣床的总体布局13-15
• 2.2.1 铣床的布局要求13
• 2.2.2 铣床运动功能分配13-14
• 2.2.3 铣床的结构形式14-15
• 2.3 专用木工数控铣床的传动系统设计15
• 2.4 专用木工数控铣床控制系统方案设计15-17
• 2.5 专用木工数控铣床生产能力核算17
• 2.6 本章小结17-18
• 3 平面关节型沙发扶手专用木工数控铣床机械本体结构设计18-27
• 3.1 铣床切削力和切削功率的计算18
• 3.2 专用木工数控铣床主轴系统设计18-20
• 3.2.1 铣床主轴的特点及结构18-19
• 3.2.2 电主轴的设计计算19-20
• 3.3 专用木工数控铣床大臂和小臂关节设计20-22
• 3.3.1 大臂和小臂关节传动方案设计20
• 3.3.2 大小臂步进电机与减速器的计算和选择20-22
• 3.4 专用木工数控铣床升降轴设计22-25
• 3.4.1 升降轴传动方案设计22-23
• 3.4.2 升降轴步进电机的计算和选择23-24
• 3.4.3 升降轴滚珠丝杠副的计算和校核24-25
• 3.5 夹紧机构设计25-26
• 3.5.1 夹紧机构概述25
• 3.5.2 夹紧方案确定25-26
• 3.5.3 夹紧力的计算26
• 3.6 专用木工数控铣床机械本体三维模型26
• 3.7 本章小结26-27
• 4 平面关节型沙发扶手专用木工数控铣床运动学分析27-35
• 4.1 专用木工数控铣床运动学模型的建立27-28
• 4.2 专用木工数控铣床正运动学分析28-29
• 4.3 专用木工数控铣床逆运动学分析29-31
• 4.4 专用木工数控铣床速度雅可比矩阵31-34
• 4.4.1 雅可比矩阵的定义和计算方法31-32
• 4.4.2 专用木工数控铣床雅可比矩阵的推算32-34
• 4.5 本章小结34-35
• 5 平面关节型沙发扶手专用木工数控铣床运动仿真35-50
• 5.1 ADAMS软件介绍35-36
• 5.1.1 ADAMS软件的功能35
• 5.1.2 ADAMS软件的主要功能模块35-36
• 5.2 专用木工数控铣床运动仿真36-44
• 5.2.1 Pro/E模型的转换和导入36
• 5.2.2 设置ADAMS/View工作环境36-37
• 5.2.3 编辑构件材料属性37-38
• 5.2.4 添加约束38-39
• 5.2.5 向模型添加驱动函数39-41
• 5.2.6 仿真前的模型检查41-42
• 5.2.7 样机模型的仿真42-44
• 5.3 仿真结果分析44-49
• 5.4 本章小结49-50
• 6 平面关节型沙发扶手专用木工数控铣床控制系统设计50-62
• 6.1 控制系统硬件设计50-51
• 6.1.1 运动控制卡的选择50-51
• 6.1.2 步进电机驱动器的选择51
• 6.2 控制系统软件设计51-60
• 6.2.1 软件系统的结构51-52
• 6.2.2 控制系统软件开发工具52-53
• 6.2.3 MC6414P运动控制卡函数指令及说明53
• 6.2.4 走刀路线的确定53-54
• 6.2.5 脉冲增量的计算54-56
• 6.2.6 控制系统程序设计56-60
• 6.3 控制系统初步联调60-61
• 6.4 本章小结61-62
• 7 总结与展望62-63
• 7.1 本文总结62
• 7.2 工作展望62-63
• 参考文献63-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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2 罗阁;马岩;张自鹏;付丽;;木门五金件槽孔数控加工设备回转工作台设计研究[J];机电产品开发与创新;2011年01期

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中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 周胜强;立柜门孔槽专用数控加工设备设计及仿真技术研究[D];东北林业大学;2011年

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本文编号：656254