论文题目: 虚拟样机技术在XK640数控铣床设计开发中的应用研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 机械电子工程
作者: 傅中裕
导师: 杨晓京
关键词: 虚拟样机,数控铣床,仿真
文献来源: 昆明理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 传统的产品设计开发流程一般为方案设计、图纸设计、制造实物样机和实物样机试验直至产品投产上市,该过程周期过长,成本费用过高,不能满足企业对质量、效率以及成本的综合要求。而虚拟样机技术作为产品设计开发的一项全新技术,它的出现和发展给传统的产品设计方法带来了一次革命。应用这项技术,工程师在建立产品的虚拟数字模型之后可以对它进行各种计算机仿真分析,在产品设计阶段发现其中的潜在问题和不足之处,并快速修正设计错误、改进设计方案。因此,在产品设计过程中应用虚拟样机技术可以减少对实物样机的依赖,这样不仅可以降低开发成本,缩短产品开发周期,而且可以提高设计质量和产品性能,增强企业的竞争力。 数控机床是改造传统产业并构造数字化企业的重要基础装配。作为一种结构复杂且高度自动化的机电产品,它的设计对于运动性能、动力学性能、机械结构性能以及加工性能等方面都有着严格要求。为了保证数控机床的设计质量,缩短设计周期并有效降低设计成本,要将虚拟样机技术应用到该产品的整个设计流程中。本文以XK640立式数控铣床为研究对象,建立了其三维虚拟数字模型,并在该模型的基础上分别建立它的运动仿真模型,有限元模型以及加工仿真模型,在完成仿真分析之后全面评估了数控铣床的运动及动力性能、结构性能以及加工性能,为设计提供了质量保证,也为铣床的改进提供了可靠的依据。同时在XK640数控铣床虚拟样机的建立及仿真过程中,充分考虑了制造生产因素和客户需求因素,确保铣床的可制造性和人性化。最后经制造企业实际生产,证明应用虚拟样机技术开发设计XK640数控铣床是非常成功的,它不仅大大降低了设计开发费用,并在保证铣床最终质量的前提下大大缩短了设计周期,加快了铣床的上市速度,给委托企业带来了巨大的经济效益。 本文采用虚拟样机技术有效地实现了数控铣床的建模与仿真,这种方法不只是适用于数控铣床的设计开发,其它机床产品也可以应用同样的方法和思路,并且还可以推广到其它一些复杂机械系统的研究、设计和开发,因此本文的研究方法及结论具有重要的实用价值。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题的技术背景与来源
1.2 XK640数控铣床设计开发中引入虚拟样机技术的必要性
1.2.1 传统模式下的产品开发过程
1.2.2 基于虚拟样机技术的产品开发过程
1.3 课题的主要内容与研究方法
第二章 虚拟样机技术
2.1 引言
2.2 虚拟样机的兴起和发展
2.3 虚拟样机的概念和特点
2.3.1 虚拟样机的概念
2.3.2 虚拟样机的特点
2.4 虚拟样机技术的应用
2.5 虚拟样机技术的基础
2.6 限制虚拟样机技术应用的因素
2.7 虚拟样机技术与中国制造业
2.8 本章小节
第三章 XK640数控铣床的虚拟建模及装配
3.1 XK640数控铣床的结构分析
3.1.1 数控机床的组成及特点
3.1.2 XK640数控铣床的机械结构分析
3.1.3 XK640数控铣床的数控系统选用
3.2 虚拟建模及装配的软件平台
3.2.1 CAD造型软件的比较与选择
3.2.2 UG软件介绍
3.3 XK640数控铣床的虚拟建模
3.3.1 虚拟建模技术基本理论
3.3.2 XK640数控铣床主要零件的虚拟建模
3.4 XK640数控铣床的虚拟装配
3.4.1 虚拟装配技术基本理论
3.4.2 XK640数控铣床主要部件及整机的虚拟装配
3.4.3 虚拟装配的干涉检查及结果汇总
3.4.4 装配顺序动画的输出
3.5 XK640数控铣床人机工程的研究
3.5.1 人机工程基本理论
3.5.2 虚拟人体模型的建立
3.5.3 数控面板支撑架的设计
3.5.4 环境因素的影响
3.6 本章小结
第四章 XK640数控铣床的运动特性仿真
4.1 UG Motion模块简介
4.2 机床爬行概述
4.2.1 机床爬行现象及其描述方法
4.2.2 爬行对机床加工性能的影响
4.2.3 爬行的理论推导
4.3 物理模型爬行的仿真研究
4.3.1 驱动速度变化对爬行的影响
4.3.2 刚度变化对机床爬行的影响
4.3.3 动静摩擦系数差值对机床爬行的影响
4.4 XK640数控铣床的运动平稳性分析
4.4.1 数控铣床运动仿真模型的建立
4.4.2 数控铣床X、Y、Z三向进给运动仿真
4.5 数控铣床的运动干涉检查
4.6 本章小节
第五章 XK640数控铣床的有限元分析
5.1 引言
5.2 有限元理论及软件介绍
5.2.1 有限元基本理论
5.2.2 有限元分析软件ANSYS介绍
5.3 XK640数控铣床的静刚度分析
5.3.1 数控铣床滑鞍静刚度分析
5.3.2 数控铣床箱体静刚度分析
5.3.3 数控铣床丝杠传动系统轴向静刚度分析
5.3.4 数控铣床XY进给台静刚度分析
5.4 XK640数控铣床的动力学分析
5.4.1 数控铣床底座模态分析
5.4.2 数控铣床的立柱结构选优
5.4.3 数控铣床进给丝杠模态分析
5.4.4 数控铣床工作台谐响应分析
5.4.5 数控铣床整机模态分析
5.5 本章小节
第六章 XK640数控铣床的加工仿真
6.1 引言
6.2 数控机床加工仿真概述
6.2.1 加工仿真的功能及过程
6.2.2 NC代码的编程方式
6.2.3 加工仿真的研究现状
6.3 UG IS&V仿真验证模块概述
6.3.1 UG IS&V模块的优点
6.3.2 UG IS&V模块的结构组成
6.4 XK640数控铣床加工仿真模型的建立
6.4.1 数控铣床几何模型的建立
6.4.2 数控铣床运动的定义
6.4.3 数控铣床的添加入库
6.4.4 数控铣床的刀具定义
6.4.5 数控铣床驱动器的创建
6.5 XK640数控铣床的加工仿真
6.5.1 仿真工件的建立
6.5.2 工件的刀具路径验证
6.5.3 数控铣床的加工仿真
6.6 本章小结
第七章 虚拟样机技术在XK640设计开发中的实际应用情况
7.1 实际应用情况
7.2 进一步的应用前景
第八章 结论
8.1 研究内容与创新点
8.2 展望与建议
致谢
参考文献
攻读学位期间在公开刊物上发表的学术论文目录
发布时间: 2006-08-25
参考文献
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