高速微切削系统动态特性分析与仿真优化研究

发布时间：2017-08-04 13:01

  本文关键词：高速微切削系统动态特性分析与仿真优化研究

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【摘要】：为了满足高精度微小型零件的加工需求,高速微切削系统的研究成为目前研究的热点之一。本文了设计了高速微切削加工系统,首先分析了高速加工技术的理论方法和研制性能良好的高速微切削系统需要考虑的关键因素,建立了符合实际微切削过程的微切削模型。阐述了微切削加工中最小切削厚度和尺度效应的概念、影响因素以及对微切削加工系统的影响,为高速微切削系统的设计提供理论依据。根据加工零件的特点,提出了高速微切削系统运动分配和结构布局,确定了系统总体设计方案,并利用CATIA软件建立了系统的三维装配模型。为了确保系统的加工设计精度,对系统进行精度分配,通过计算结果验证系统的精度分配方案合理。然后根据实际使用要求对系统中的各组成子系统进行选型和设计。利用软件ANSYS Workbench16.0对系统的关键部件高速电主轴进行了有限元分析,获得主轴的静刚度、固有频率与谐响应特性。然后对高速微切削系统整体进行了静态分析和模态分析,并通过模态实验测试验证了仿真模拟的合理性。通过观察系统静态变形图和振型图发现支撑架变形相对较大,把支撑架作为进一步优化设计中的重要研究对象。在CATIA软件中应用机械优化设计理论建立了支撑架的参数化模型,再运用ANSYS Workbench16.0软件中的响应曲面优化分析工具完成支撑架的优化设计。通过对比优化前后的固有频率,验证结构优化的合理性,为实用化高速微切削系统的设计与制造奠定基础。
【关键词】：高速微切削系统 结构设计 高速电主轴 动态特性分析 结构优化
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG502
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 课题研究背景及意义8-10
• 1.2 微切削国内外研究现状10-15
• 1.2.1 微切削加工设备10-14
• 1.2.2 微切削基础理论14-15
• 1.3 主要研究内容15-17
• 第二章 高速微切削机理研究17-24
• 2.1 高速加工技术17-18
• 2.2 微切削加工的切削模型18-20
• 2.3 微切削机理研究20-23
• 2.3.1 最小切削厚度20-22
• 2.3.2 尺度效应22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 高速微切削系统结构设计24-33
• 3.1 微切削系统运动分配24-25
• 3.2 高速微切削系统总体设计25-27
• 3.2.1 高速微切削加工要求25-26
• 3.2.2 微切削系统总体设计26-27
• 3.3 微切削系统精度分配27-28
• 3.4 微切削系统关键部件选型28-31
• 3.5 本章小结31-33
• 第四章 高速微切削系统静动态特性分析33-52
• 4.1 基于有限元法的动态特性分析理论基础33-34
• 4.2 高速电主轴所受切削力的计算34-35
• 4.3 高速电主轴的动静态特性分析35-44
• 4.3.1 静态分析的理论方法35-36
• 4.3.2 电主轴的静态分析36-38
• 4.3.3 模态分析的理论方法38-39
• 4.3.4 电主轴的模态分析39-42
• 4.3.5 谐响应分析的理论方法42-43
• 4.3.6 电主轴的谐响应分析43-44
• 4.4 微切削系统的静态分析44-45
• 4.5 微切削系统的模态分析45-49
• 4.6 微切削系统模态测试试验49-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第五章 高速微切削系统优化设计52-62
• 5.1 ANSYS优化设计概述52-53
• 5.2 支撑架优化设计53-58
• 5.3 优化后的模态分析58-61
• 5.4 本章小结61-62
• 总结与展望62-64
• 研究成果总结62
• 未来工作展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-67
• 攻读硕士期间取得的成果67

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本文编号：619670