车铣复合加工中心刀塔结构静动态性能的分析与研究

论文题目: 车铣复合加工中心刀塔结构静动态性能的分析与研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 机械设计及理论

作者: 李国慧

导师: 谢黎明

关键词: 加工中心,动态特性,刀塔结构,虚拟仿真,有限元

文献来源: 兰州理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着机械工程技术的发展,装备制造、交通运输、石油化工、航空航天及国防军工等对高速高精度加工中心的要求显著提高。而动态特性是衡量加工中心质量高低的最重要的性能指标之一。因此,提高加工中心的动态性能具有重要意义。 为了保证机床具有良好的静动刚度、动态特性、精度保持性及加工工艺性,需要在设计和制造机床的过程中,对机床进行系统的动力学分析,以便能迅速准确的发现限制机床动态性能提高的薄弱环节,快速、灵活地实现动态设计,为机床结构设计提供科学合理的依据。 车铣复合加工中心的加工过程实际是安装在刀塔上的刀具与工件之间的相对运动过程。工件——刀具组成一个弹性系统,相当于工件——刀塔(立柱和刀架的组合)组成一个弹性系统。从加工零件的表面成形过程知道,如果车铣复合加工中心在工作时刀具与加工工件沿着预定的轨迹做准确的相对运动,则能得到理想的工件轮廓形状,否则难以满足要求。刀塔作为弹性系统的元素之一,它直接影响零件表面成形运动轨迹的准确性,因此它的静动态性能将直接影响零件的加工精度、表面质量和机床的生产率。所以,研究刀塔结构的静动态特性和提高刀塔的抗振性和稳定性是必要的也是必需的。 针对刀塔结构稳定性和抗振性,本文主要研究以下的几个问题: 1.刀塔结构的静动刚度,即在满足加工要求的条件下,它的结构变形是否在许可的范围内。 2.对结构进行动态分析,研究它的固有频率、响应等问题。 3.在满足加工精度的条件下,使其结构最优化。 本文采用动态设计的思想,对车铣复合加工中心刀塔结构进行了系统的动力学分析和仿真,分析、预测刀塔结构的静动态特性,尤其是分析结构的模态特征以提高刀塔结构的动态性能。在理论分析的基础上,通过有限元分析和实体虚拟仿真,得到刀塔结构较真实的动力学特性,求解出了刀塔结构在加工要求条件下的变形图,给出直观的变形量;并求出刀塔结构的前六阶模态振型及固有频率;为车铣复合加工中心刀塔结构的设计技术指标提供了解决途径和理论依据,对机床设计和实际应用都具有一定的参考价值。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 绪论

1.1 本课题研究背影及研究意义

1.1.1 国内数控机床产品的研究概况

1.1.2 国外数控机床产品的研究概况

1.2 课题的研究意义和研究方法

1.2.1 课题的来源

1.2.2 课题的意义

1.3 本课题研究方法及使用的软件

1.3.1 课题的技术路线

1.3.2 ANSYS7.0简介

1.3.3 Pro／E介绍

1.4 课题的主要目的

第二章 刀塔结构的静态分析

2.1 有限单元法的理论基础

2.1.1 有限元法的基本概念

2.1.2 结构的静力学分析的有限元法

2.2 切削力

2.2.1 切削力的来源、切削分力及其作用

2.2.2 切削力计算

2.3 静态分析

2.3.1 建模与单元选取

2.3.2 施加载荷及边界条件

2.3.3 求解

2.3.4 结构分析

2.3.5 误差分析及结构评价

第三章 刀塔结构的动态分析

3.1 结构动态分析的理论基础

3.1.1 固有振动特性

3.1.2 动力响应特性

3.2 固有频率、振型分析

3.2.1 模态分析简介

3.2.2 结构模态分析

3.2.3 结果分析

第四章 刀塔结构的优化设计

4.1 优化设计的基础理论

4.1.1 优化设计的基本概念

4.1.2 优化设计的步骤

4.2 刀塔结构优化设计

4.2.1 问题描述及其参数设计

4.2.2 优化设计

4.2.3 优化结果评述

4.2.4 结构优化后的静动态特性

第五章 结论

5.1 研究结论

5.2 展望

参考文献

致谢

发布时间: 2005-07-14

参考文献

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