小型旋转雕刻机的设计研究

发布时间：2017-04-29 16:09

  本文关键词：小型旋转雕刻机的设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：小型旋转雕刻机的出现为现代人对生活各个方面需求的物质质量要求越来越高、品种越来多样化、产品越来越小型化和精密化提供了加工条件。机架为小型旋转雕刻机的关键支撑部件,应具备优秀的静动态特性,决定着机床整体性能。机架结构的主要部件包括横梁、支臂和底座,这些部件的结构对机架的变形量、应力、刚度、稳定性和抗振性有着重要的影响。针对这些问题,本文利用Solidworks对机床进行三维建模和ANSYS Workbench对机架进行有限元分析,主要做了以下几个方面的的研究： (1)根据国内外的研究,确定本文研究的重点：运动控制系统的关键零部件的计算校核、机架结构优化的有限元仿真分析和实验模态分析对比。 (2)首先对小型旋转雕刻机进行整体设计,初步设计出雕刻机的床身结构是以机架为承载体的整体式机架结构：然后对雕刻机X、Y、Z三个方向运动控制系统的关键部件：滚珠丝杠、轴承和伺服电机进行计算、选型和校核。 (3)利用ANSYS Workbench对机架初始设计方案进行有限元分析,主要包括静力学分析和动力学分析。通过静力学分析,得到机架的最大变形量、最大应力值以及机架的薄弱地方；通过动力学分析,提取前12阶的模态和X、Y、Z三个方向的谐响应频谱曲线,进行机架动态特性的分析。 (4)依据对机架结构初始设计的静、动力学特性分析结果指导机架的结构改进,首先对机架进行逐步改进,包括支臂结构优化和横梁结构优化,通过静力学分析找到较优的改进方案；然后以逐步改进得到较优方案为基础对机架的整体优化进行动力学分析,使改进后的机架性能得到提高。 (5)对优化改进后的机架进行实验平台搭建,利用试验模态测试系统LMSTest.Lab9A对机架进行单点激励多点输出的锤击模态实验,最后与仿真分析模态进行验证,确认了仿真分析的可靠性。
【关键词】：旋转雕刻机 机架 ANSYS Workbench 有限元分析 试验模态分析
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• CONTENTS10-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题研究的背景和意义13-15
• 1.2 国内外研究现状15-19
• 1.2.1 四轴旋转雕刻机的设计研究15-16
• 1.2.2 机床设计的静力学研究16-17
• 1.2.3 机床设计的动力学研究17-18
• 1.2.4 机床的模态测试研究18-19
• 1.3 课题的来源及主要内容19-20
• 1.3.1 课题的来源19
• 1.3.2 课题研究的主要内容19-20
• 第二章 小型旋转雕刻机的设计及计算20-35
• 2.1 小型旋转雕刻机的规格要求20
• 2.2 小型旋转雕刻机初始设计方案20-25
• 2.2.1 机床机架的设计21-22
• 2.2.2 横梁的设计22-23
• 2.2.3 支臂的设计23-24
• 2.2.4 底座的设计24-25
• 2.3 机床加工过程中力的计算25-28
• 2.3.1 旋转部件夹持力的计算25-26
• 2.3.2 铣削力和钻削力的计算26-28
• 2.4 传动控制关键零部件的计算与校核28-34
• 2.4.1 X轴滚珠丝杆的设计计算28-31
• 2.4.2 X轴传动控制部件的校核计算31-32
• 2.4.3 X轴伺服电机的计算设计及其校核32-33
• 2.4.4 Y轴和Z轴运动控制系统的设计及其校核33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 小型旋转雕刻机结构的有限元分析35-52
• 3.1 有限元分析概述35-36
• 3.2 旋转雕刻机机架的有限元静力学分析36-44
• 3.2.1 理论基础36
• 3.2.2 机架的有限元静力学仿真分析36-42
• 3.2.3 机架静力学有限元仿真结果42-44
• 3.3 旋转雕刻机机架的有限元动力学分析44-51
• 3.3.1 理论基础44-46
• 3.3.2 机架有限元动力学仿真分析46-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 小型旋转雕刻机结构的优化52-69
• 4.1 铸铁结构件的结构优化原则52-53
• 4.2 优化支臂结构53-60
• 4.2.1 支臂长宽尺寸优化方案及其静力学分析54-55
• 4.2.2 半圆柱肋优化支臂内部结构方案及其静力学分析55-57
• 4.2.3 肋板优化支臂内部结构方案及其静力学分析57-58
• 4.2.4 支臂壁厚优化方案及其静力学分析58-59
• 4.2.5 加支臂封闭板优化方案及其静力学分析59-60
• 4.3 优化横梁结构60-63
• 4.3.1 横梁结构的优化方案60-62
• 4.3.2 横梁结构优化方案的静力学分析62-63
• 4.4 机架优化方案的动力学分析63-67
• 4.4.1 模态特性分析63-66
• 4.4.2 谐响应特性分析66-67
• 4.5 本章小结67-69
• 第五章 平台搭建及模态测试69-80
• 5.1 平台搭建69-71
• 5.1.1 小型旋转雕刻机机床主体架构的搭建69-70
• 5.1.2 模态测试平台的搭建70-71
• 5.2 试验模态的测试71-79
• 5.2.1 试验模态的理论基础71-73
• 5.2.2 试验模态的测试73-75
• 5.2.3 测试结果的处理75-78
• 5.2.4 试验模态与有限元仿真的对比78-79
• 5.3 本章小结79-80
• 结论与展望80-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文86-88
• 致谢88-89
• 附录Ⅰ89-92
• 附录Ⅱ92

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 白生玮;焦炭装车密实机理与设备的开发研究[D];太原理工大学;2016年

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本文编号：335195