双刀式数控车床结构设计、分析及优化

论文摘要

法兰类零件广泛应用于石油、化工、冶金、 制药、机械、食品、电力等行业的管道连接装置中,随着经济的快速发展,法兰的需求与日俱增。为满足市场需求,提高法兰加工效率,开发高效的法兰专用车床已经是迫在眉睫。本文以双刀式数控车床为研究对象,车床采用双立柱、双刀架结构,对车床整体进行了总体设计、有限元分析及结构优化,使其性能得以提高。本文的主要工作如下：1)对双刀式数控车床进行了工艺分析和结构分析,确定了切削参数、工步及对应刀具,对车床整体结构进行了设计。2)分别对主轴、纵向进给部件、横梁进行有限元建模,并分别进行应力分析和刚度分析。分析结果表明,主轴、纵向进给部件及横梁的强度都能满足在最危险工况下工作的要求,同时指出了车床结构设计上的不足。3)对双刀式数控车床的纵向进给部件、横梁分别进行了模态分析,得到了各自的前4阶固有频率和振型,结果表明纵向进给部件及横梁的固有频率相对主轴的回转振动频率高得多,故主轴的回转不会引起机构的共振,并指出了动态性能上的薄弱环节。4)对双刀式数控车床的纵向进给部件、横梁分别进行谐响应分析,获得了纵向进给部件和横梁在简谐激振力作用下的位移频率响应曲线,曲线峰值与模态分析结果一致。5)分别对纵向进给部件、横梁进行参数化建模,并分别进行了结构优化。优化后,纵向进给部件的强度提高了50%,一阶频率提高了9.68%。横梁在刚度、强度满足工作要求的前提下,体积减小了9.2%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的意义
• 1.2 数控车床国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 本课题研究的主要内容和方法
• 1.4 本章小结
• 第二章 双刀式数控车床总体设计
• 2.1 双刀式数控车床加工工艺设计
• 2.1.1 双刀式数控车床加工工艺设计
• 2.1.2 双刀架数控车床刀架加工任务分配
• 2.2 双刀式数控车床零件参数化设计
• 2.2.1 工件毛坯的选择
• 2.2.2 工件尺寸的采集
• 2.2.3 加工工序的确定
• 2.2.4 工步的确定
• 2.2.5 切削参数的确定
• 2.2.6 典型盘类零件参数化工艺设计过程
• 2.3 主轴系统传动方式及布局
• 2.3.1 主轴系统传动方式
• 2.3.2 电机和主轴之间的减速装置的确定
• 2.3.3 主轴系统布局
• 2.3.4 双刀立式车床进给系统传动方式及布局
• 2.4 双刀立式车床主轴系统结构设计
• 2.5 车床结构及原理
• 2.6 本章小结
• 第三章 双刀式数控车床主轴的有限元分析
• 3.1 主轴力学分析
• 3.1.1 主轴受力分析
• 3.1.2 主轴有限元分析
• 3.2 主轴回转精度分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 双刀式数控车床纵向进给部件的有限元分析及结构优化
• 4.1 静力学分析
• 4.1.1 受力分析
• 4.1.2 有限元模型建立
• 4.1.3 施加边界条件与载荷
• 4.1.4 结果分析
• 4.1.5 纵向进给机构结果分析
• 4.2 动力学分析
• 4.2.1 模态分析
• 4.2.2 谐响应分析
• 4.3 优化设计
• 4.3.1 机构的参数化建模
• 4.3.2 设置变量和目标函数
• 4.3.3 优化工具选择
• 4.3.4 分析结果与结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 双刀式数控车床横梁的有限元分析及结构优化
• 5.1 横梁的有限元结构分析
• 5.1.1 横梁结构有限元建模
• 5.1.2 应力分析
• 5.1.3 刚度分析
• 5.2 横梁有限元模态分析
• 5.3 横梁有限元谐响应分析
• 5.4 横向进给系统优化设计
• 5.4.1 横梁的参数化建模
• 5.4.2 进入OPT,指定分析文件
• 5.4.3 声明优化变量
• 5.4.4 选择优化工具
• 5.4.5 进行优化分析
• 5.4.6 查看设计序列结果
• 5.4.7 优化设计序列结果分布
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果