大直径筒体数控切管设备的研制

论文摘要

论文以专用大直径简体数控火焰切割设备作为研究对象,开展了数控切割设备的筒体相贯线切割原理、总体设计、部件结构设计、气路设计以及对数控系统提出具体功能要求等方面研究。方法是对回转机构、升降机构、摆动机构进行精度分析和样机试验,对回转机构、升降机构、摆动机构进行了机械运动学分析,结果是样机试验满足设计精度要求,仿真分析优化机构设计。为今后专用数控切割设备整体设计提供一定参考价值。论文主要完成以下工作:1.通过对简体相贯线切割原理的描述,建立了筒体相贯的切割轨迹曲线,确定了相贯线切割和焊接坡口角切割方法。2.根据选择的切割方式,确定合理的整体结构,进行总体方案设计、升降机构设计、回转机构设计、检测机构设计、气路系统设计,并对各部分机构惯量、电机驱动功率进行验算。3.通过对升降机构、回转机构、仿形机构精度分析及整机的综合精度分析,样机试验满足设计精度要求。4.在试验平台上进行样机试验,实现了设备移动调整功能、现场示教功能、现场测量相贯曲线功能、自动切割及数控编程功能,设备性能满足设计功能要求。现场切割了筒体相贯线和焊接坡口,经检测满足焊接技术要求。对设备回转机构、升降机构、摆动机构进行精度测试,样机的试验结果表明该设备满足了设计精度要求。5.利用ADAMS/View环境下创建了数控切割设备的虚拟样机模型,研究回转机构、升降机构、摆动机构等动态运动特性,得出机构运动位移、力矩和角速度动态特性曲线,反映实际机构的运动学特性,并对机械系统运动学仿真结果进行分析,优化机构设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题提出背景及研究意义
• 1.2 国内外数控切管设备现状和发展
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第2章 筒体相贯线切割原理
• 2.1 相贯线切割原理
• 2.2 数控切割设备坐标系
• 2.3 相贯线求解方法
• 2.4 相贯线坡口角求解
• 2.4.1 马鞍型相贯接头的坡口角
• 2.4.2 两面角的计算
• 2.4.3 焊接坡口角的选择
• 2.5 实际切割角的计算
• 2.5.1 割炬实际切割角
• 2.5.2 割炬的速度分析
• 2.6 相贯线切割轨迹曲线建立
• 2.6.1 空间三维图形的几何变换
• 2.6.2 相贯线轨迹方程
• 2.7 本章小结
• 第3章 数控切割设备总体设计
• 3.1 设备构成
• 3.1.1 回转机构
• 3.1.2 升降机构
• 3.1.3 摆动机构
• 3.1.4 检测机构
• 3.1.5 数控系统
• 3.1.6 气路系统
• 3.1.7 PLC应用
• 3.1.8 工作流程
• 3.2 本章小结
• 第4章 数控切割设备精度分析与样机试验
• 4.1 设备精度要求
• 4.2 升降机构精度分析
• 4.2.1 谐波减速器运动误差
• 4.2.2 齿轮的运动精度
• 4.2.3 升降立柱等机构刚性变形引起误差
• 4.3 回转机构精度分析
• 4.4 害炬摆动机构精度分析
• 4.5 整机精度分析
• 4.6 样机试验
• 4.7 本章小结
• 第5章 机械结构动力学仿真分析
• 5.1 多体系统动力学方程的建立
• 5.1.1 系统描述
• 5.1.2 系统的笛卡尔广义坐标
• 5.1.3 系统动力学方程
• 5.2 ADAMS软件基本算法
• 5.2.1 坐标系的选择
• 5.2.2 ADAMS运动学方程建立
• 5.2.3 ADAMS运动学方程的求解算法
• 5.3 数控切割设备虚拟样机模型的建立
• 5.3.1 虚拟样机建模解决方案
• 5.4 约束副的施加
• 5.4.1 约束关系
• 5.4.2 碰撞与接触
• 5.5 载荷的确定
• 5.6 动力学特性仿真分析
• 5.6.1 回转机构运动特性分析
• 5.6.2 升降机构运动特性分析
• 5.6.3 割炬摆动机构运动特性分析
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历