面向3C产品制造配置机内机器人的智能钻铣加工中心关键部件设计及分析

发布时间：2020-06-28 12:58

【摘要】：数控机床的市场需求呈现高效率、高精度、高柔性和智能化趋势,而在数控机床内部安装工业机器人除了可实现上述需求外,还具有减小工作空间的特点,因此,适应机内配置工业机器人的数控机床结构的设计和优化具有理论和应用意义。本文基于3C产品金属零件的高精、高速和高柔性等生产需要,设计配置机内机器人的三轴重叠立式钻铣加工中心,为了解决这种结构配置方式动、静态刚度不足的问题,对机床各关键结构件进行结构优化设计,以保证机床的加工精度。论文主要内容如下:首先,采用工业机器人和交换工作台提高加工效率,因此,在滑鞍位置重叠XYZ轴向的进给,基于这种配置机内机器人三轴重叠立式加工中心的新型结构配置方案,设计机床的旋转工作台台面、立柱、主轴箱、滑鞍、床身和工业机器人安装底座,并采用有限元法初步分析各结构件的动、静态刚度。其次,建立基于整机参数化三维模型并建立等效了机床结合面特性的有限元模型,分析机床整机以及各结构件的动、静态刚度,得出机床整机动刚度不足,同时各结构件在动态作用下应力和节点位移较大。然后,依据加工中心的整机有限元分析结果,分析各结构件筋板元结构的高度和厚度尺寸参数与整机质量、变形和一阶固有频率的相关性,研究了机床筋板尺寸参数对整机动、静态刚度的影响,以相关度大于5%的尺寸参数为设计变量,整机质量、一阶固有频率和变形作为设计目标,在整机状态下对关键部件进行尺寸优化设计。优化后整机质量仅增加6.2kg,整机静刚度提高了25.34%;一阶模态的固有频率增加了8.808Hz且节点最大位移从79.48mm降低到了2.473mm。最后,对优化后的加工中心进行有限元分析,整机动、静态刚度均有所提高。同时采用LMS TEST Lab系统进行整机实验模态分析,得到整机的真实动态特性,且有限元分析结果和实验模态分析结果的误差在允许范围之内,证明了在整机状态下对与整机的关键尺寸参数进行多目标优化的准确可行性。再对机床进行谐响应分析,确定机床承受切削载荷时的稳态响应。
【学位授予单位】：福建工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242;TG659
【图文】：

形态图,立式加工中心,形态图,三轴

图 2-2 三轴重叠立式加工中心结构布局形态图0F FX YF FF = C d f C削力系数； —指数；正系数；具直径；吃刀量。M 0 矩系数； —指数；修正系数。5 钢，刀具材料为高速钢，直径 30mm，将相关参数分别矩F 600 30 0 60 7 0 88 11078N

主轴,主轴箱,软件,轴导

K 式中F ——外加载荷， ——位移；首先通过三维绘图软件 SoliderWorks 设析软件 Ansys Workbench 进行初步动、静态分2.2.1本项目选用的主轴电机型号为 FANUC FANUC 的 ai S12/4000Z 型，轴导轨滑块为 M参考同类型机床的主轴箱设计方案，312×177×168 ，查阅机床设计手册，主轴块安装间距为 320 采用螺栓固定在主轴箱用 Soliderworks 软件对主轴箱进行详细设计，

【参考文献】