本文關鍵詞：直線電機驅動的微銑床設計

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【摘要】：隨著精密微型零件在航天航空、半導體加工、醫(yī)療器械、精密儀器等行業(yè)的應用越來越廣泛,這些行業(yè)對精密微型零件的需求日益增加。常規(guī)尺寸機床加工微型零件時,在加工精度、效率、經濟性等方面都處于劣勢。目前,國內在微型零件專用設備開發(fā)方面尚處初期,國外雖開發(fā)出實用的精密微型機床但對我國技術保密,國內微型機床的技術水平仍然不高,因此十分有必要研制用于微型零件加工的微型機床。 本文主要就如何構建一臺高精度的三軸立式微型數控銑床進行研究。通過仔細研究國、內外的相關資料,發(fā)現在機床微型化過程中機床機械結構的動靜態(tài)性能、控制系統(tǒng)的性能對機床的精度影響最大,數控系統(tǒng)用戶界面的友好性、易操作性對加工效率影響最大,因此本文對機床微型化過程中如何提高機床機械結構的動靜態(tài)性能、數控系統(tǒng)的開發(fā)進行了重點研究。 首先,試制了一臺由直線電機驅動的三軸微型立式數控銑床。從機床的設計要求出發(fā),確定了機床的總體布局及方案。在完成直線電機、光柵尺、導軌滑塊等外購件的選型和配置及機床自研零件的結構設計后,最終研制出一臺本體尺寸為350mm×200mm×525mm、行程為100mm×100mm×80mm的三軸立式微型數控銑床。 其次,在機床設計階段,為得到動、靜態(tài)性能較好的機床結構,在ANSYS軟件中建立了整機有限元模型,進行了機床整機動力學、靜力學分析。提前發(fā)現了立柱是機床的薄弱部分,保證了機床的動靜態(tài)性能,減小了機床的研發(fā)時間和費用。為驗證理論分析結果的正確性,在機床完成裝配后又搭建了試驗模態(tài)測試系統(tǒng),測得機床的前六階固有頻率及對應的振型,證明了整機有限元模型是符合實際情況的,保證了機床的設計質量和效率。 最后完成了微銑床數控系統(tǒng)上位機軟件的開發(fā)。首先,確定了PC+NC型的數控系統(tǒng)體系結構,完成了數控系統(tǒng)各部件的選型和硬件接線。接著,根據微銑床的使用特點,完成了數控系統(tǒng)上位機軟件功能模塊的劃分,以Visual Studio2010為工具利用PMAC提供的庫函數完成了開放式數控系統(tǒng)上位機軟件的開發(fā)。
【關鍵詞】：微型銑床 直線電機 有限元 開放式數控系統(tǒng) PMAC
【學位授予單位】：北方工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM359.4;TG54
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 研究背景及意義9
• 1.2 國內外發(fā)展現狀9-11
• 1.3 論文主要的研究內容11-12
• 1.4 本章小結12-13
• 2 微銑床的機械結構設計13-20
• 2.1 微銑床總體方案設計13-15
• 2.1.1 微銑床的設計要求13
• 2.1.2 微銑床總體布局13-14
• 2.1.3 微銑床的整體結構14-15
• 2.2 微銑床各外購件選型及配置15-18
• 2.2.1 直線電機的選型15-16
• 2.2.2 主軸的選型16
• 2.2.3 直線導軌的選型16-17
• 2.2.4 光柵尺的選型17-18
• 2.3 微銑床部分零件結構設計18-19
• 2.3.1 機床防護罩設計18
• 2.3.2 機床底座設計18-19
• 2.3.3 主軸夾具設計19
• 2.4 本章小結19-20
• 3 微銑床整機有限元分析及實驗模態(tài)分析20-42
• 3.1 有限元分析方法20-21
• 3.1.1 有限元法簡介及其基本原理20
• 3.1.2 有限元分析步驟20-21
• 3.1.3 ANSYS簡介及其分析過程21
• 3.2 微銑床結合面參數識別21-27
• 3.2.1 引言21-22
• 3.2.2 結合面的等效動力學模型22
• 3.2.3 結合面參數的識別方法22-24
• 3.2.4 微銑床重要結合面參數識別24-27
• 3.3 微銑床整機仿真模型建立27-28
• 3.3.1 幾何模型簡化27
• 3.3.2 結合部模擬27-28
• 3.3.3 網格劃分28
• 3.4 微銑床整機靜力學分析28-31
• 3.4.1 切削力計算28-29
• 3.4.2 微銑床整機靜力學分析29-31
• 3.5 微銑床整機動態(tài)特性分析31-34
• 3.5.1 引言31
• 3.5.2 動態(tài)特性分析理論基礎31
• 3.5.3 微銑床整機模態(tài)分析31-33
• 3.5.4 微銑床整機諧響應分析33-34
• 3.6 微銑床整機實驗模態(tài)分析34-40
• 3.6.1 測試系統(tǒng)搭建34-35
• 3.6.2 測試過程35-38
• 3.6.3 測試結果及分析38-40
• 3.7 本章小結40-42
• 4 微銑床數控系統(tǒng)硬件與軟件開發(fā)42-52
• 4.1 微銑床數控系統(tǒng)體系結構的確定42
• 4.2 微銑床數控系統(tǒng)的硬件組成及搭建42-46
• 4.2.1 Power Pmac及其轉接板43-44
• 4.2.2 直線電機驅動器44-45
• 4.2.3 微銑床數控系統(tǒng)接線45-46
• 4.3 微銑床伺服系統(tǒng)設置46-47
• 4.3.1 Power PMAC IDE46
• 4.3.2 直線電機Ⅰ變量設置46
• 4.3.3 坐標系Ⅰ變量設置46
• 4.3.4 編碼器和回零Ⅰ變量設置46-47
• 4.4 微銑床數控系統(tǒng)的上位機軟件開發(fā)47-51
• 4.4.1 Pcomm32通訊驅動程序47-48
• 4.4.2 上位機軟件的模塊劃分與功能分析48-50
• 4.4.3 上位機軟件的具體實現50-51
• 4.5 本章小結51-52
• 結論與展望52-54
• 結論52-53
• 展望53-54
• 參考文獻54-57
• 申請學位期間的研究成果及發(fā)表的學術論文57-58
• 致謝58

【參考文獻】

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1 張廣鵬,史文浩,黃玉美,胡德金;機床整機動態(tài)特性的預測解析建模方法[J];上海交通大學學報;2001年12期

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本文編號：1070575