复杂箱体精密复合镗铣加工中心结构设计中若干问题研究

发布时间：2017-09-07 08:50

  本文关键词：复杂箱体精密复合镗铣加工中心结构设计中若干问题研究

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【摘要】：精密复合式镗铣加工中心作为机械制造生产中的大型基础设备,其在航空、航天、船舶、汽车、发电装置、军工等领域的产品制造中占据着重要地位,机床的加工精度和加工效率将直接影响到终端产品的质量和成本。本文在综合分析国内外镗铣床的结构特点和先进技术的基础上,通过组合创新与工艺原理性创新相结合,研发出拥有自主知识产权、国内外领先的精密复合式镗铣加工中心,研究并解决了在结构设计中的几个关键问题,具体的解决方法及结果如下:1.针对数控机床总体结构的布局型式,通过分析和归纳各类机床的运动及运动分配形式的特点,在对箱体类零件的结构特征进行深入分析的基础上,针对加工复杂箱体零件的设备进行了需求分析。在综合机床运动部件的轻质量、高刚度要求的基础上,提出了将龙门结构和卧式结构相结合,采用电主轴与机械主轴相结合的双主轴、单龙门立卧布局的复合化结构。2.针对主要功能部件结构设计,通过分析国内外镗铣机床先进结构的基础上,提出复合镗铣加工中心主要功能部件的具体结构形式,其中包含的关键技术有:重心驱动技术在镗削系统中的应用、高性能进给装置结构设计、精密回转工作台的结构设计,并重点研究了重心驱动中双丝杠的跨距对系统振动的影响。3.针对镗削主轴滑枕的挠曲变形引起的误差问题,提出了一种新型的“液压—拉杆”变形补偿法。利用有限元分析得到了滑枕挠曲变形的分布规律,基于材料力学相关理论计算得出了拉杆补偿力的初算值,同时结合有限元仿真与最小二乘法拟合得到拉杆补偿力与滑枕行程的关系曲线,通过分析得出了“液压—拉杆”补偿法能够将滑枕的最大挠曲变形误差控制在10μm之内。4.针对复合式镗铣加工中心的床身部件进行了结构设计和优化分析。在建立了三种不同筋板布置型式的床身结构的基础上,通过有限元分析比较了床身筋板布置型式以及筋板厚度变化对床身静动态特性的影响,基于床身综合性能的层次分析法与筋板厚度的灵敏度分析,优化了床身的筋板布置和筋板的几何尺寸参数。
【关键词】：复合式镗铣加工中心 总体布局 结构设计分析 主轴滑枕 误差补偿
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 课题的来源与研究背景12-13
• 1.1.1 课题的来源12
• 1.1.2 课题的研究背景12-13
• 1.2 国内外研究现状13-20
• 1.2.1 加工中心整体布局与主要功能部件结构设计综述16-17
• 1.2.2 加工中心主轴滑枕挠度误差补偿综述17-18
• 1.2.3 加工中心大型床身结构设计及优化分析综述18-20
• 1.3 课题的研究目的意义及主要内容20-22
• 1.3.1 课题的研究目的20
• 1.3.2 课题的研究意义20-21
• 1.3.3 研究的主要内容21-22
• 1.4 本章小结22-23
• 第2章 复杂箱体精密复合镗铣加工中心总体布局设计23-33
• 2.1 精密复合式镗铣加工中心结构特点和技术要求23-25
• 2.1.1 精密复合式镗铣加工中心结构特点23-24
• 2.1.2 精密复合式镗铣加工中心技术要求24-25
• 2.2 卧式加工中心常见几种布局结构形式25-27
• 2.2.1 立柱移动、工作台固定的卧式加工中心25-26
• 2.2.2 立柱移动、工作台移动的卧式加工中心26
• 2.2.3 立柱固定、工作台移动的卧式加工中心26-27
• 2.3 立式加工中心常见几种布局结构形式27-29
• 2.3.1 龙门移动的立式加工中心27-28
• 2.3.2 固定桥式的立式加工中心28-29
• 2.4 复杂箱体零件的加工要求及加工方法29-30
• 2.4.1 复杂箱体零件的结构特点29-30
• 2.4.2 复杂箱体零件的加工工艺方法30
• 2.5 复杂箱体精密复合镗铣加工中心总体布局的设计方案30-32
• 2.5.1 复合化加工中心总体布局结构30-31
• 2.5.2 复合化结构中的横梁与立柱解耦31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 精密复合镗铣加工中心主要功能部件的结构设计与分析计算33-47
• 3.1 基于重心驱动原理的镗削系统双驱结构的设计与分析33-40
• 3.1.1 重心驱动与非重心驱动的对比34-38
• 3.1.2 重心驱动中双丝杠跨距的确定38-40
• 3.2 高速进给系统的结构设计和计算40-43
• 3.2.1 滚珠丝杠和直线导轨配合的进给系统结构设计40-41
• 3.2.2 进给系统的电机选择和计算41-43
• 3.3 高精度回转工作台的结构设计与分析43-46
• 3.3.1 高精度回转工作台的主要结构形式43-45
• 3.3.2 高精度等分度回转工作台的结构分析45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 镗削主轴滑枕变形计算及有限元分析47-62
• 4.1 滑枕的工作状态分析48-55
• 4.1.1 滑枕工作时的受力分析48-49
• 4.1.2 滑枕工作时镗削力的确定49-50
• 4.1.3 滑枕工作时理论变形计算50-55
• 4.2 滑枕变形的有限元分析55-60
• 4.2.1 滑枕有限元模型建立55-57
• 4.2.2 模型的单元设置与网格划分57
• 4.2.3 滑枕工作时基于有限元变形分析57-59
• 4.2.4 主轴滑枕的模态分析59-60
• 4.3 本章小结60-62
• 第5章 镗削主轴滑枕变形误差补偿机构设计62-72
• 5.1 补偿原理分析62-67
• 5.1.1 补偿方案分析62-65
• 5.1.2 补偿设计分析65-66
• 5.1.3 补偿的拉力确定66-67
• 5.2 补偿装置设计67-68
• 5.3 补偿效果的有限元分析68-70
• 5.3.1 补偿后的挠曲变形68-69
• 5.3.2 拉杆补偿力拟合曲线69-70
• 5.4 本章小结70-72
• 第6章 床身的静动态特性分析及优化设计72-84
• 6.1 床身的结构设计72-73
• 6.2 床身的结构分析73-77
• 6.2.1 床身的有限元模型73-75
• 6.2.2 床身的静态特性分析75
• 6.2.3 床身的动态特性分析75-77
• 6.3 床身的结构优化77-83
• 6.3.1 筋板的布置型式比较77
• 6.3.2 筋板布置型式对床身的静态特性的影响比较77-78
• 6.3.3 筋板布置型式对床身的动态特性的影响比较78-79
• 6.3.4 基于层次分析法获取床身结构的最优方案79-81
• 6.3.5 筋板厚度对床身静动态特性的灵敏度分析81-83
• 6.4 本章小结83-84
• 结论84-86
• 参考文献86-91
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果91-92
• 致谢92-93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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3 汤文成,易红,幸研;加工中心床身结构分析[J];机械强度;1998年01期

4 施文军;陈林;;创新是加工中心发展的不懈动力[J];机械制造;2011年10期

5 黄晓严;李壮;;重心驱动原理在高速卧式镗铣加工中心关键部件结构设计中的应用[J];组合机床与自动化加工技术;2011年08期

6 关晓勇;刘春时;徐志祥;李焱;;基于重心驱动的设计方法研究及其在高性能机床开发中的应用[J];中国机械工程;2011年18期

7 丁喜合;袁军堂;汪振华;董香龙;;双丝杠驱动直线进给系统动态特性分析[J];组合机床与自动化加工技术;2014年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 罗辉;同步双驱精密卧式加工中心优化设计[D];南京航空航天大学;2009年

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本文编号：808584