五轴数控车刀刃磨装置的研究与设计

发布时间：2017-08-23 12:36

  本文关键词：五轴数控车刀刃磨装置的研究与设计

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【摘要】：车刀是机械加工中重要的切削工具,刀具刃磨质量的好坏,直接影响到加工工件的表面质量、精度。采用先进的数控刃磨装置是刃磨高质量、高精度车刀的重要保障。基于此,本文旨在研究一种五轴数控刃磨装置来实现刀具的自动刃磨。本文以普通外圆车刀为对象,在认真分析研究其基本结构、几何角度及刃磨原理的基础上,成功建立了车刀各刀面及刃磨装置数学模型。并利用平面表像法原理,将车刀空间三个刀面映射到二维黎曼平面上。依据三维欧式空间的角度关系与二维黎曼平面上的度量关系之间的同构原理,在平面上表达、分析与计算车刀刃磨时空间旋转角度关系。并计算采用不同的位姿调整顺序时车刀的各旋转角度,最后选取调整时间短、旋转角度小的位姿调整方案对车刀进行刃磨,进而实现车刀刃磨时位姿调整的优化。本文主要是以五轴数控刃磨装置的立柱部分为设计对象,在对其进行机械结构设计的过程中,对同步带、主轴、直线滚珠导轨副、滚珠丝杠螺母副、蜗轮蜗杆式转台、电动机及立柱等主要零部件进行了计算、校核和选型,通过选型计算,确定了立柱部分各零部件的尺寸参数,并利用UG对该数控刃磨装置立柱部分的零部件进行三维建模及装配。为了使该数控车刀刃磨装置能够达到预期的刃磨要求,对其主要的部件进行了优化设计及运动仿真。并运用有限元软件ANSYS对该刃磨装置的立柱进行强度、刚度和振动模态分析,在此基础上,对其结构进行适当优化改进。这样不仅保证了立柱的静动态特性以及车刀的刃磨精度,还缩短了刃磨装置的设计周期,降低了设计制造成本。
【关键词】：车刀刃磨 五轴数控刃磨装置 位姿调整优化 结构设计 立柱静动态分析
【学位授予单位】：陕西理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 本课题研究的目的及意义10-11
• 1.1.1 选题背景10
• 1.1.2 理论意义和应用价值10-11
• 1.2 国内外研究状况及发展趋势11-14
• 1.2.1 国外的研究现状11-12
• 1.2.2 国内的研究现状12-13
• 1.2.3 发展趋势13-14
• 1.3 本课题的主要研究内容14-16
• 第2章 建立车刀刃磨数学模型16-32
• 2.1 车刀结构及几何参数16-19
• 2.1.1 刀具的结构参数16
• 2.1.2 车刀的参考系及几何参数16-19
• 2.2 建立车刀各刀面方程19-21
• 2.2.1 坐标系的建立19-20
• 2.2.2 外圆车刀各刀面方程式的建立20-21
• 2.3 车刀的刃磨原理21-26
• 2.3.1 砂轮端面方程式的建立21-22
• 2.3.2 车刀刃磨位姿调整的数学模型22-26
• 2.4 采用平面表像法实现车刀刃磨位姿调整顺序的优化26-30
• 2.4.1 车刀各待刃磨面在射影平面上像的建立26-28
• 2.4.2 车刀待刃磨面的位姿调整28-29
• 2.4.3 采用不同的位姿调整顺序实现车刀刃磨的优化29-30
• 2.4.4 优化结果分析30
• 2.5 本章小结30-32
• 第3章 刃磨装置立柱部分机械结构设计32-58
• 3.1 总体设计32-34
• 3.1.1 主要技术参数确定32-33
• 3.1.2 五轴数控刃磨装置类型及选取33
• 3.1.3 五轴数控刃磨装置机械结构方案的选定33-34
• 3.1.4 总体布局34
• 3.1.5 控制形式34
• 3.2 主轴箱部分(传动装置)总体设计34-38
• 3.2.1. 磨削力与磨削功率34-36
• 3.2.2 确定主轴箱部分主传动方案36
• 3.2.3 选择驱动电动机36-37
• 3.2.4 计算传动装置的传动比37-38
• 3.2.5 计算主轴箱内传动部分的运动和动力参数38
• 3.3 主轴箱部分传动零件设计38-41
• 3.3.1 同步齿形带的设计计算38-40
• 3.3.2 主轴的设计计算40-41
• 3.4 滑台设计41-51
• 3.4.1 导轨的设计41-44
• 3.4.2 滚珠丝杠的设计44-48
• 3.4.3 控制电机的确定48-51
• 3.5 转台设计51-52
• 3.5.1 控制电机确定51
• 3.5.2 蜗轮蜗杆设计51-52
• 3.6 立柱设计52-56
• 3.6.1 立柱材料的确定52-53
• 3.6.2 立柱截面形状、尺寸及高度的确定53-54
• 3.6.3 立柱壁厚的确定54
• 3.6.4 立柱加强肋设计54-56
• 3.7 本章小结56-58
• 第4章 刃磨装置主要部件建模仿真及优化58-70
• 4.1 蜗轮蜗杆机构的参数化建模及动态仿真58-65
• 4.1.1 蜗轮蜗杆的设计特点58-59
• 4.1.2 蜗杆蜗轮的参数化设计过程59-62
• 4.1.3 在ADAMS下的蜗轮蜗杆机构传动动态仿真分析62-65
• 4.2 数控刃磨机床主轴的优化设计65-69
• 4.2.1 建立数控刃磨机床主轴优化数学模型65-67
• 4.2.2 应用MATLAB对数控刃磨机床主轴的优化数学模型进行分析与求解67-69
• 4.2.3 优化结果分析69
• 4.3 本章小结69-70
• 第5章 刃磨装置立柱结构静力学和动力学分析70-82
• 5.1 有限单元法及分析软件ANSYS简介70-72
• 5.1.1 有限单元法简介70-71
• 5.1.2 ANSYS有限元分析软件简介71-72
• 5.2 立柱静、动态特性分析72-79
• 5.2.1 建立立柱模型并简化72-73
• 5.2.2 立柱结构的有限元静力分析73-76
• 5.2.3 立柱结构的有限元模态分析76-79
• 5.3 本章小结79-82
• 总结与展望82-84
• 参考文献84-88
• 攻读硕士学位期间科研成果88-90
• 致谢90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 熊良山,陈永洁,师汉民;平面表像法在钻头刃磨参数优化中的应用[J];华中科技大学学报(自然科学版);2005年08期

2 刘虹;牛玉荣;倪冬;;基于UG和ADAMS的TI蜗杆传动建模与动力学仿真[J];组合机床与自动化加工技术;2013年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 陈逢军;基于五轴数控磨床加工的球头立铣刀数学模型及仿真研究[D];湖南大学;2006年

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本文编号：725112