【摘要】：數控機床的市場需求呈現高效率、高精度、高柔性和智能化趨勢,而在數控機床內部安裝工業(yè)機器人除了可實現上述需求外,還具有減小工作空間的特點,因此,適應機內配置工業(yè)機器人的數控機床結構的設計和優(yōu)化具有理論和應用意義。本文基于3C產品金屬零件的高精、高速和高柔性等生產需要,設計配置機內機器人的三軸重疊立式鉆銑加工中心,為了解決這種結構配置方式動、靜態(tài)剛度不足的問題,對機床各關鍵結構件進行結構優(yōu)化設計,以保證機床的加工精度。論文主要內容如下:首先,采用工業(yè)機器人和交換工作臺提高加工效率,因此,在滑鞍位置重疊XYZ軸向的進給,基于這種配置機內機器人三軸重疊立式加工中心的新型結構配置方案,設計機床的旋轉工作臺臺面、立柱、主軸箱、滑鞍、床身和工業(yè)機器人安裝底座,并采用有限元法初步分析各結構件的動、靜態(tài)剛度。其次,建立基于整機參數化三維模型并建立等效了機床結合面特性的有限元模型,分析機床整機以及各結構件的動、靜態(tài)剛度,得出機床整機動剛度不足,同時各結構件在動態(tài)作用下應力和節(jié)點位移較大。然后,依據加工中心的整機有限元分析結果,分析各結構件筋板元結構的高度和厚度尺寸參數與整機質量、變形和一階固有頻率的相關性,研究了機床筋板尺寸參數對整機動、靜態(tài)剛度的影響,以相關度大于5%的尺寸參數為設計變量,整機質量、一階固有頻率和變形作為設計目標,在整機狀態(tài)下對關鍵部件進行尺寸優(yōu)化設計。優(yōu)化后整機質量僅增加6.2kg,整機靜剛度提高了25.34%;一階模態(tài)的固有頻率增加了8.808Hz且節(jié)點最大位移從79.48mm降低到了2.473mm。最后,對優(yōu)化后的加工中心進行有限元分析,整機動、靜態(tài)剛度均有所提高。同時采用LMS TEST Lab系統進行整機實驗模態(tài)分析,得到整機的真實動態(tài)特性,且有限元分析結果和實驗模態(tài)分析結果的誤差在允許范圍之內,證明了在整機狀態(tài)下對與整機的關鍵尺寸參數進行多目標優(yōu)化的準確可行性。再對機床進行諧響應分析,確定機床承受切削載荷時的穩(wěn)態(tài)響應。
【學位授予單位】：福建工程學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242;TG659
【圖文】：

圖 2-2 三軸重疊立式加工中心結構布局形態(tài)圖0F FX YF FF = C d f C削力系數； —指數；正系數；具直徑；吃刀量。M 0 矩系數； —指數；修正系數。5 鋼，刀具材料為高速鋼，直徑 30mm，將相關參數分別矩F 600 30 0 60 7 0 88 11078N

K 式中F ——外加載荷， ——位移；首先通過三維繪圖軟件 SoliderWorks 設析軟件 Ansys Workbench 進行初步動、靜態(tài)分2.2.1本項目選用的主軸電機型號為 FANUC FANUC 的 ai S12/4000Z 型，軸導軌滑塊為 M參 考 同 類型 機 床 的主 軸 箱 設計 方 案 ，312×177×168 ，查閱機床設計手冊，主軸塊安裝間距為 320 采用螺栓固定在主軸箱用 Soliderworks 軟件對主軸箱進行詳細設計，

【參考文獻】

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本文編號：2733043