经济型雕刻机结构分析及优化

发布时间：2017-10-21 01:27

  本文关键词：经济型雕刻机结构分析及优化

  更多相关文章： 雕刻机结构 静动态特性 结构参数优化 运动学实验

【摘要】：近年来数控加工技术日趋成熟,雕刻机作为类似铣床的一种机床单独发展开来,其不但需要保证像机床加工过程中的精度、效率及稳定性等条件,同时还要兼顾艺术设计,广泛应用于广告、印刷、装饰首饰制品等行业,国内外也出现了许多生产制造雕刻机的企业,但总体来看中小型雕刻机价格普遍偏高,能满足加工性能要求同时价格低廉的雕刻机有着广泛需求。针对上述需求本文研究了一种经济型雕刻机,首先根据运动分配设计了两套结构方案,利用ANSYS软件对两种雕刻机的整体结构做了静动态特性分析,选定龙门式雕刻机结构方案作为最终总体方案,针对静动态仿真分析结果对雕刻机重要结构参数进行了优化设计,并进行静动态特性仿真分析,与原结构尺寸参数进行了性能对比,以提高加工过程中的精度及稳定性,雕刻机主要尺寸参数优化确定后利用ADAMS软件对雕刻机进行了运动学仿真研究,最后通过雕刻机实验设备进行加工实验验证运动学仿真轨迹,同时验证了本文所研究的经济型雕刻机的可行性及可靠性,具体研究内容及结论如下：(1)通过对不同运动功能分配方案对比,设计出龙门式和工作台移动式两种雕刻机总体方案布局,并初步确定雕刻机主要尺寸参数及运动动力参数,之后分别对两种雕刻机结构的主传动系统和进给传动系统布局及其部件进行设计,同时对这两种雕刻机方案设计不同的电主轴支撑部件,将两种雕刻机结构方案布局细化并利用Pro/E软件建立三维模型,最后介绍雕刻机的控制系统和工作原理。(2)通过ANSYS软件对龙门式和工作台移动式雕刻机结构进行了静力分析,发现两种雕刻机结构变形均小于0.1mm,两种结构等效应力最大的位置都是在Y方向下端导轨与Z方向支撑部件的连接处；对两种雕刻机结构进行自由模态及工作模态分析,二者都避开了电主轴的工作频率,不会产生共振,从振型图得出二者主要的变形都是立柱支撑结构,但工作台移动式结构在雕刻机工作时工作台也会产生较大变形。通过对两种雕刻机结构的静动态特性对比,决定选用龙门式雕刻机结构以便提高工作过程的稳定性。(3)对雕刻机结构静动态性能分析发现雕刻机结构变形量最大的位置在电主轴支撑部件,等效应力最大位置在Y方向导轨上以及整体结构工作模态下固有频率较低,针对此情况对雕刻机主要结构参数进行优化。分别研究了龙门支撑部件高度(H)、Y方向导轨部件宽度(W)、电主轴支撑部件长度(L)及厚度(D)四个因素(每个因素取三个值)研究对雕刻机整体结构的静动态性能影响,得到最终得到优化后的龙门式雕刻机的主要结构参数如下：龙门支撑部件高度取250mm,Y方向导轨及滑块宽度取280mm,电主轴支撑部件长度取130mm,电主轴支撑部件厚度取60mm。(4)利用ADAMS软件对所研究的雕刻机进行了运动学仿真,得到刀具的加工轨迹,结果表明刀具在受到切削力的作用及电主轴高速转动下刀具轨迹会产生波动,从各轴位移曲线可知位移的误差及波动较小,满足加工要求,通过雕刻机实验设备进行加工实验验证了雕刻机运动学仿真的轨迹,同时加工复杂图形实验验证了本文所研究雕刻机的可靠性。
【关键词】：雕刻机结构 静动态特性 结构参数优化 运动学实验
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10
• 1.2 雕刻机概述10-11
• 1.2.1 雕刻机国内外研究及发展现状10-11
• 1.2.2 雕刻机应用范围11
• 1.3 机床优化设计方法概述11-12
• 1.4 有限元分析发展现状及应用12-14
• 1.5 机床运动学分析现状14
• 1.6 课题主要研究内容14-16
• 第二章 经济型雕刻机结构布局与控制系统16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 经济型雕刻机的运动分配与构成16-18
• 2.3 经济型雕刻机的总体布局18-23
• 2.3.1 雕刻机主参数和尺寸参数初定18-19
• 2.3.2 雕刻机运动及动力参数设计19-20
• 2.3.3 雕刻机传动系统设计20-22
• 2.3.4 雕刻机主轴部件结构设计22-23
• 2.4 经济型雕刻机的总体装配方案23-24
• 2.5 经济型雕刻机的控制系统24-25
• 2.6 经济型雕刻机的工作原理25
• 2.7 本章小结25-26
• 第三章 经济型雕刻机结构静动态特性分析研究26-42
• 3.1 引言26
• 3.2 经济型雕刻机结构的静态特性研究26-29
• 3.2.1 基于ANSYS环境的雕刻机结构静力分析26-29
• 3.2.2 不同雕刻机结构方案静力分析对比29
• 3.3 经济型雕刻机结构的动态特性研究29-39
• 3.3.1 模态特性分析基础29-31
• 3.3.2 雕刻机结构模态特性分析的必要性31
• 3.3.3 基于ANSYS环境雕刻机结构模态特性分析31-32
• 3.3.4 雕刻机结构自由模态仿真与结果32-35
• 3.3.5 雕刻机结构自由模态特性分析对比35-36
• 3.3.6 雕刻机结构工作模态仿真与结果36-39
• 3.3.7 雕刻机结构工作模态特性分析对比39
• 3.4 经济型雕刻机结构方案确定39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第四章 经济型雕刻机结构参数优化42-64
• 4.1 引言42
• 4.2 雕刻机总体结构布局42-43
• 4.3 结构高度(H)对雕刻机静动态特性的影响分析43-48
• 4.3.1 龙门支撑部件高度对雕刻机静态性能影响43-44
• 4.3.2 龙门支撑部件高度对雕刻机动态性能影响44-48
• 4.4 结构宽度(W)对雕刻机静动态特性的影响分析48-52
• 4.4.1 导轨宽度对雕刻机静态性能影响48-49
• 4.4.2 导轨宽度对雕刻机动态性能影响49-52
• 4.5 结构长度(L)对雕刻机静动态特性的影响分析52-58
• 4.5.1 电主轴支撑部件长度对雕刻机静态性能影响53-55
• 4.5.2 电主轴支撑部件长度对雕刻机动态性能影响55-58
• 4.6 结构厚度(D)对雕刻机静动态特性的影响分析58-63
• 4.6.1 电主轴支撑部件厚度对雕刻机静态性能影响58-60
• 4.6.2 电主轴支撑部件厚度对雕刻机动态性能影响60-63
• 4.7 本章小结63-64
• 第五章 经济型雕刻机运动学实验研究64-74
• 5.1 引言64
• 5.2 雕刻机运动学仿真研究64-70
• 5.3 雕刻机运动学实验研究70-73
• 5.3.1 实验设备70-71
• 5.3.2 雕刻机加工实验71-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 论文总结74-75
• 6.2 工作展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80

【参考文献】

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1 杨顶信;;机械优化设计方法与评判指标[J];长春理工大学学报(综合版);2006年02期

2 陈幼平,庹艾莉,周敬东,袁楚明,周祖德;虚拟制造环境下数控机床的运动学建模与仿真[J];计算机工程与应用;2005年10期

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本文编号：1070495