微铣削机床改进设计及其数控系统的开发

论文摘要

二十一世纪,随着科学技术的飞跃发展,微小零件在许多未来科技的发展领域中发挥着非常重要的作用,特别在航空航天、生物医疗、电子通信、精密仪器、家用电器和汽车自动化等领域存在巨大需求。微铣削技术是实现微小零件制备的一种重要加工工艺。该技术柔性较大,在高效率、高精度、低成本方面具有优势,特别适合于具有复杂的三维结构、曲面的微小零件和微小模具的加工,工件材料多样。微铣削加工技术以其在微切削加工技术中具备的种种优势地位,拥有非常广阔的应用前景。由于微零件结构的复杂性,有着曲面表面的微零件加工对微加工机床的多轴联动加工功能提出了新的要求。为满足产品结构复杂化的需求,促进微铣削加工机理的实验研究。本文结合实验室微铣削项目,在课题组研究成果的基础上,设计了具有车铣复合加工功能的四轴联动微铣削机床,并开发了相应的数控系统,主要包括以下内容：(1)在分析了四轴微铣削加工技术的特点和要求的基础上,应用直接图论的方法对机床的构型进行了优化选择,对实验室原有的三轴微铣削加工机床进行了改进,设计了适于四轴微铣削加工的机床,实现了机床的四轴联动加工。(2)利用ADAMS软件对四轴微铣削机床动态特性中激振测试进行理论分析,在ADAMS软件中建立四轴微铣削机床的柔性体模型和振动模型,形成了具有刚柔耦合的振动系统。该系统在受到一定激振力时产生位移响应,获得该机床激振测试特性,为该机床进一步的结构改进提供参考。(3)根据四轴微铣削加工实验的要求,在分析了原有三轴微铣削机床数控软件操作局限性的基础上,利用VB重新开发了机床的数控软件,设计出便于操作的人机交互界面。软件采用模块化设计思想,包含了通讯、参数设置、状态显示、手动加工和自动加工等模块,能实现显微镜图像实时显示和系统状态显示,并拥有单步和连续执行四轴数控加工程序的功能。(4)对原机床没有实现的G代码和M代码进行编译,将其转换为6K控制器语言并传送给控制器,使四轴微铣削机床的数控系统数控加工功能更加完善和充分。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 微切削加工技术概况
• 1.2.1 微切削机床的发展状况
• 1.2.2 微铣削数控技术的研究状况
• 1.3 车铣复合加工的发展概况
• 1.3.1 车铣复合加工的特点
• 1.3.2 车铣复合加工机床概况
• 1.4 课题来源及主要研究内容
• 第2章 具有车铣复合加工功能的四轴微铣削机床结构设计
• 2.1 四轴联动微铣削机床的总体要求
• 2.1.1 三轴联动微铣削机床
• 2.1.2 四轴微铣削机床的设计要求
• 2.2 四轴微铣削机床构型设计和优化
• 2.3 机床的改进
• 2.3.1 四轴微铣削机床新型气动主轴单元的选择
• 2.3.2 四轴微铣削机床新型测力仪的选择
• 2.4 四轴微铣削机床回转工作台的设计
• 2.4.1 铣削加工时回转工作台最高转速的确定
• 2.4.2 回转工作台的构型设计
• 2.5 四轴微铣削机床的Pro/E三维设计
• 2.6 四轴微铣削机床的机床坐标系
• 2.7 四轴微铣削机床回转工作台部件的配重和结构静力分析
• 2.7.1 回转工作台部件对直线驱动平台使用寿命的影响
• 2.7.2 对回转工作台的配重平衡和配重后的结构静力分析
• 2.8 本章小结
• 第3章 四轴微铣削机床的激振测试
• 3.1 激振测试理论基础
• 3.2 四轴微铣削机床激振测试流程
• 3.3 ADAMS2005软件应用
• 3.4 四轴微铣削机床柔性体系统的建立
• 3.5 ADAMS/Vibration模块介绍
• 3.5.1 ADAMS/Vibration模块振动理论
• 3.5.2 ADAMS/Vibration激励方法
• 3.5.3 四轴微铣削机床振动仿真分析模型的建立
• 3.5.4 四轴微铣削机床模态分析
• 3.5.5 四轴微铣削机床激振仿真及其结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 四轴微铣削机床数控系统设计
• 4.1 四轴微铣削机床数控系统控制要求分析
• 4.2 四轴微铣削机床数控系统硬件设计
• 4.3 四轴微铣削机床数控软件的设计
• 4.3.1 基于6K控制器的微铣削数控软件
• 4.3.2 四轴微铣削机床数控软件功能分析和软件功能模块的划分
• 4.3.3 四轴微铣削数控功能模块的开发
• 4.3.4 G代码和M代码的扩充
• 4.4 新增数控程序代码加工实验
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢