车铣复合加工机床虚拟样机的研究

论文摘要

随着市场需求的发展,产品的复杂化程度越来越高,但生产周期却越来越短,这对制造业提出了越来越高的要求。车铣复合加工机床是近年来为适应上述要求而迅速发展的机种,可实现一次装夹,完成零件的全部加工工序,从而大幅度提高生产效率。但车铣复合加工机床的研发需要大量的设计方案及实验分析,因此需要消耗大量的企业成本和较长的开发周期。虚拟样机技术是一种全新的设计方法,采用该设计方法可以减少机床设计的成本,同时也可以缩短产品的研究开发周期。本文基于虚拟样机技术,建立了机床的虚拟样机模型,分析了机床的运动学与动力学特性,研究了机床主轴的动态特性,并对机床的数控加工功能进行了仿真研究,降低了机床设计成本及缩短了开发周期,其主要研究内容包括以下几个方面：(1)研究车铣复合加工机床的总体结构特点,制定机床的总体设计方案,对车铣复合加工机床各部件的结构进行细化设计,并建立机床的虚拟样机模型。(2)分析研究机床的运动学特性,对机床虚拟样机进行干涉检查、正运动学和逆运动学求解,得出机床各运动导轨的运动变化规律,为后续的分析研究奠定基础。(3)建立机床的多刚体模型和刚柔耦合模型,分析两种模型下机床的动力学特性,得出两种模型下机床运动时各导轨驱动电机所需驱动力的大小及其变化规律。对比分析结果得出,刚柔耦合模型更加接近于真实物理样机,为机床设计过程中电机的选型提供参考依据。(4)利用有限元分析软件ANSYS12.0分析机床的关键部件——主轴的动态特性,对主轴进行模态分析及谐响应分析,得出机床主轴工作时振动特性及动刚度,为机床设计过程中主轴结构的优化提供重要依据。(5)基于VERICUT6.2软件建立机床的仿真加工几何模型,再导入机床数控加工仿真NC程序,进行机床的车削加工及铣削加工工艺的加工功能仿真研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 车铣复合加工机床研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 相关技术的概述及应用
• 1.3.1 虚拟样机技术
• 1.3.2 虚拟数控加工仿真技术
• 1.4 论文的主要研究内容及框架结构
• 1.5 本章小结
• 第2章 车铣复合加工机床总体结构设计及实体建模与装配
• 2.1 数控机床设计要求与步骤
• 2.1.1 数控机床设计的基本要求
• 2.1.2 数控机床设计步骤
• 2.2 车铣复合加工机床总体方案设计
• 2.2.1 设计任务及目的
• 2.2.2 车铣复合加工机床设计总体方案
• 2.3 细化设计及实体建模与装配
• 2.3.1 床身设计
• 2.3.2 主轴驱动系统设计
• 2.3.3 铣削传动系统设计
• 2.3.4 车削传动系统设计
• 2.3.5 尾台设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 车铣复合加工机床运动学与动力学仿真研究
• 3.1 ADAMS运动学与动力学分析基本理论
• 3.2 车铣复合加工机床虚拟样机模型的建立
• 3.2.1 车铣复合加工机床刚体模型的建立
• 3.2.2 车铣复合加工机床刚柔耦合模型的建立
• 3.3 ADAMS仿真及结果分析
• 3.3.1 车铣复合加工机床运动学仿真及结果分析
• 3.3.2 车铣复合加工机床动力学仿真及结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 车铣复合加工机床主轴动态特性的研究
• 4.1 主轴轴承刚度理论计算
• 4.2 主轴有限元模型的建立
• 4.2.1 主轴几何模型的建立
• 4.2.2 主轴有限元模型的建立
• 4.3 主轴动态特性的仿真研究及结果分析
• 4.3.1 主轴模态分析
• 4.3.2 主轴谐响应分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 车铣复合加工机床虚拟数控加工仿真的研究
• 5.1 车铣复合加工机床仿真模型的构建
• 5.1.1 机床主要部件模型的导出
• 5.1.2 机床运动学模型的构建
• 5.1.3 仿真模型刀具库的建立
• 5.1.4 机床运动学模型参数的设置
• 5.2 机床虚拟数控加工仿真的实现
• 5.2.1 机床车削加工功能仿真
• 5.2.2 机床铣削加工功能仿真
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录1 机床车削加工仿真NC程序
• 附录2 机床铣削加工仿真NC程序