双凸轮联动自动换刀技术的研究

论文摘要

高速加工中心是高速机床的典型产品,高速功能部件的发展与应用极大地提高了切削效率。随着切削时间的缩短,对换刀时间的要求也逐步提高,换刀速度已成为高水平加工中心的一项重要指标。自动换刀系统必须工作可靠准确,结构又相对复杂,提高换刀速度的技术难度大。因此,自动换刀技术成为机床制造业竞争的焦点之一。本文在充分调研国内外自动换刀技术发展及其研究现状的基础上,对各类刀库和刀具交换机构进行了探讨和比较,研究双凸轮联动自动换刀技术,分析双凸轮联动自动换刀机构的优点和结构特点,并结合MDH卧式加工中心对双凸轮联动自动换刀装置进行结构设计和工作原理分析。设计双凸轮联动结构,双凸轮是指驱动刀具松拉杆运动的盘形凸轮和驱动机械手运动的复合凸轮(包括弧面分度凸轮及镶嵌在其侧面的沟槽凸轮)。文中主要完成了对两套(三个)凸轮运动循环图的匹配设计,凸轮机构运动规律的分析选择,主要采用修正正弦曲线和修正等速曲线运动规律。对弧面分度凸轮三维建模方法进行研究分析,基于逆向思维推导出一种对弧面分度凸轮精确建模的方法。根据弧面分度凸轮的理论轮廓曲面方程,结合分度盘运动规律可在凸轮毛坯模型上建立理论轮廓曲面,对其进行法向偏置、实体切除操作得到工作轮廓曲面,修整后获得精确的凸轮模型。基于Pro/E软件,给出了用于MDH卧式加工中心自动换刀装置中的多头复杂弧面分度凸轮的建模实例,模型精度满足设计要求,验证了该方法的正确性和可行性。创建基于MDH卧式加工中心的双凸轮联动自动换刀装置虚拟样机,进行运动仿真分析,得到刀具松拉杆直线运动、换刀机械手直线运动和旋转运动的位移、速度和加速度曲线图,仿真测量结果符合设计要求。最后,总结分析了双凸轮联动自动换刀技术在实际应用过程中存在的问题和不足,对下一步研究工作提出了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文的选题背景及来源
• 1.2 自动换刀技术概述
• 1.2.1 自动换刀时间的计量方法
• 1.2.2 国内外自动换刀技术的研究和发展现状
• 1.3 自动换刀装置概述
• 1.3.1 刀库的发展现状
• 1.3.2 国内外刀具交换机构的发展现状
• 1.4 选题意义及主要研究内容
• 1.4.1 选题意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 双凸轮联动自动换刀技术
• 2.1 双凸轮联动自动换刀技术概述
• 2.1.1 双凸轮联动自动换刀技术的优点
• 2.1.2 双凸轮联动自动换刀技术的结构特点
• 2.2 双凸轮联动自动换刀技术的应用
• 2.3 双凸轮联动自动换刀装置
• 2.3.1 双凸轮联动自动换刀装置的结构设计
• 2.3.2 双凸轮联动自动换刀装置的工作原理
• 2.4 本章小结
• 3 双凸轮联动结构的设计
• 3.1 运动循环图的匹配设计
• 3.1.1 选择凸轮类型
• 3.1.2 运动循环图的匹配设计
• 3.2 凸轮机构从动件运动规律分析
• 3.2.1 凸轮机构运动规律的特性
• 3.2.2 修正运动规律的比较分析
• 3.3 双凸轮联动结构中运动规律的选择
• 3.4 本章小结
• 4 弧面分度凸轮机构建模方法的研究
• 4.1 弧面分度凸轮机构简介
• 4.2 复杂弧面分度凸轮精确建模原理分析
• 4.2.1 弧面分度凸轮理论轮廓曲面方程的推导
• 4.2.2 复杂弧面分度凸轮精确建模原理分析
• 4.3 复杂弧面分度凸轮的建模过程
• 4.3.1 建立弧面分度凸轮的毛坯实体
• 4.3.2 绘制弧面分度凸轮理论轮廓曲面的边界曲线
• 4.3.3 建立弧面分度凸轮的实体模型
• 4.4 检测弧面分度凸轮模型精度
• 4.5 本章小结
• 5 双凸轮联动自动换刀装置的运动仿真分析
• 5.1 运动仿真分析概述
• 5.2 创建自动换刀装置虚拟样机
• 5.2.1 主要零部件建模过程分析
• 5.2.2 装配自动换刀装置虚拟样机
• 5.2.3 检查虚拟样机装配关系
• 5.3 自动换刀装置的运动仿真分析
• 5.3.1 运行自动换刀装置仿真分析
• 5.3.2 回放自动换刀装置运动仿真结果
• 5.3.3 自动换刀装置运动仿真结果分析
• 5.4 双凸轮联动自动换刀装置的应用
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢