本文以提高換刀速度和可靠性,研究換刀過(guò)程傳動(dòng)特性為目的,結(jié)合MDH臥式加工中心分析設(shè)計(jì)雙凸輪聯(lián)動(dòng)自動(dòng)換刀裝置的關(guān)鍵結(jié)構(gòu),利用Pro/E、ADAMS和ANSYS從多方面開(kāi)展基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的雙凸輪聯(lián)動(dòng)自動(dòng)換刀裝置多體動(dòng)力學(xué)與有限元聯(lián)合仿真研究。重點(diǎn)探討了虛擬樣機(jī)的建模、裝配、有限元分析、多剛體動(dòng)力學(xué)仿真以及柔性多體動(dòng)力學(xué)仿真,理論方法及仿真結(jié)果對(duì)指導(dǎo)工程實(shí)踐、改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能具有重要意義。 在調(diào)研國(guó)內(nèi)外自動(dòng)換刀裝置發(fā)展及其研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,針對(duì)傳統(tǒng)的凸輪式自動(dòng)換刀裝置換刀時(shí)間長(zhǎng)、可靠性低等缺陷,結(jié)合MDH80臥式加工中心的結(jié)構(gòu)、尺寸,設(shè)計(jì)了一種復(fù)合凸輪(包括弧面分度凸輪和溝槽凸輪)機(jī)械手換刀與盤(pán)形凸輪主軸松拉刀聯(lián)動(dòng)的自動(dòng)換刀裝置,分析了其工作原理,匹配運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖并優(yōu)化了各類(lèi)凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在Pro/E中建立了雙凸輪聯(lián)動(dòng)自動(dòng)換刀裝置虛擬樣機(jī),并對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行干涉分析與運(yùn)動(dòng)仿真。利用ADAMS對(duì)裝置的兩個(gè)主要部分復(fù)合凸輪換刀機(jī)構(gòu)以及盤(pán)形凸輪松拉刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行多體動(dòng)力學(xué)仿真分析,研究了凸輪傳動(dòng)副的接觸碰撞力和機(jī)構(gòu)輸出位移、角速度、角加速度等嚙合傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,不同載荷工況對(duì)機(jī)械手換刀特性的影響等。采用ANSYS計(jì)算盤(pán)形凸輪的應(yīng)力和變形。最后分析了裝置產(chǎn)生振動(dòng)和磨損的原因。 針對(duì)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu),基于柔性動(dòng)力學(xué)理論和接觸力學(xué)方法,利用有限元和虛擬樣機(jī)技術(shù),考慮凸輪軸柔性變形,采用非線(xiàn)性等效彈簧阻尼模型建立間隙處的接觸碰撞模型,采用庫(kù)侖摩擦模型考慮間隙處的摩擦作用,建立了剛?cè)狁詈匣∶娣侄韧馆嗛g隙接觸碰撞動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)數(shù)值仿真,研究了剛?cè)狁詈咸匦院烷g隙對(duì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)特性的影響規(guī)律。研究表明該動(dòng)力學(xué)模型較好地模擬了復(fù)雜弧面分度凸輪傳動(dòng)的柔性變形和接觸沖擊等特性,仿真結(jié)果為弧面分度凸輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究提供了理論指導(dǎo)和參考數(shù)據(jù)。采用有限元方法建立了弧面分度凸輪嚙合傳動(dòng)的接觸模型,探討了其在外載條件下的接觸響應(yīng)特性,并對(duì)有限元結(jié)果進(jìn)行了分析,得到了該傳動(dòng)應(yīng)力和變形的一般規(guī)律,為強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類(lèi)】：TH112.2;TH113
【部分圖文】：

(2)更換主軸頭換刀在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床中，更換主軸頭是一種簡(jiǎn)單的換刀方式，通常采用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來(lái)更換主軸頭，其主軸頭就是一個(gè)轉(zhuǎn)塔刀庫(kù)，如圖1.2所示，在轉(zhuǎn)塔的各個(gè)主軸頭上，安裝有各工序所需的旋轉(zhuǎn)刀具，當(dāng)發(fā)出換刀指令時(shí)，各主軸頭依次旋轉(zhuǎn)到加工位，并接通主軸運(yùn)動(dòng)，使相應(yīng)的主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀不用對(duì)刀具自動(dòng)松、卸刀、裝刀、加緊及搬運(yùn)，節(jié)約了換刀時(shí)間，提高了換刀的可靠性。但由于空間位置夾置的限制，轉(zhuǎn)塔上安裝的主軸頭數(shù)目有限度要求不高的機(jī)床。，所以這種換刀方式只能應(yīng)用于工序較少、精圖1.2轉(zhuǎn)塔頭換刀 Fig.1.2Turretheadtool一changing圖1.3帶刀庫(kù)的白動(dòng)換刀系統(tǒng) Fig.1.3ATCwithtoolmaga

圖Ll一種數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架Fig.1.lACNCfacinghead(2)更換主軸頭換刀在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床中，更換主軸頭是一種簡(jiǎn)單的換刀方式，通常采用轉(zhuǎn)塔位來(lái)更換主軸頭，其主軸頭就是一個(gè)轉(zhuǎn)塔刀庫(kù)，如圖1.2所示，在轉(zhuǎn)塔的各個(gè)主軸，安裝有各工序所需的旋轉(zhuǎn)刀具，當(dāng)發(fā)出換刀指令時(shí)，各主軸頭依次旋轉(zhuǎn)到加工位并接通主軸運(yùn)動(dòng)，使相應(yīng)的主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀不用對(duì)刀具自動(dòng)松卸刀、裝刀、加緊及搬運(yùn)，節(jié)約了換刀時(shí)間，提高了換刀的可靠性。但由于空間位限制，轉(zhuǎn)塔上安裝的主軸頭數(shù)目有限求不高的機(jī)床。，所以這種換刀方式只能應(yīng)用于工序較少、精

(3)帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)有刀庫(kù)和刀具交換機(jī)構(gòu)組成，如圖1.3所示，其換刀過(guò)程為:先將刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄上，預(yù)調(diào)整，插入到庫(kù)中，選刀指令在刀庫(kù)上選刀，由刀具交換裝置從刀庫(kù)和主軸上取出刀具，進(jìn)行刀具交換，將新刀具裝入主軸，將用過(guò)的刀具放回刀庫(kù)。其優(yōu)點(diǎn)是增加了主軸的剛性，有利于精密加工和重切削加工，刀具的數(shù)量可根據(jù)工藝要求而定，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的多工序加工。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，換刀過(guò)程動(dòng)作多，換刀時(shí)間長(zhǎng)。3.2國(guó)內(nèi)外自動(dòng)換刀裝置發(fā)展與研究現(xiàn)狀工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于自動(dòng)換刀裝置的研究起始于上世紀(jì)70年代，之后迅速發(fā)展，1983年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了數(shù)控刀具錐柄的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)換刀系統(tǒng)形成了統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)模式l‘0一川。目前，德國(guó)、奧地利、日本、韓國(guó)、意大利等國(guó)家都將自動(dòng)換刀裝置成功的應(yīng)用到了高端加工中心上。如圖1.4所示I‘21，奧地利ANoER公司生產(chǎn)的HC、HeH、HeL加工中心，采用多主軸換刀方式，換刀時(shí)，安裝在夾具上的工件快速在各主軸之間移動(dòng)，切削對(duì)切削換刀時(shí)間為0.45，是現(xiàn)在切削對(duì)切削換刀時(shí)間最短的加工中心。

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