【摘要】：數(shù)控機(jī)床的市場需求呈現(xiàn)高效率、高精度、高柔性和智能化趨勢,而在數(shù)控機(jī)床內(nèi)部安裝工業(yè)機(jī)器人除了可實(shí)現(xiàn)上述需求外,還具有減小工作空間的特點(diǎn),因此,適應(yīng)機(jī)內(nèi)配置工業(yè)機(jī)器人的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有理論和應(yīng)用意義。本文基于3C產(chǎn)品金屬零件的高精、高速和高柔性等生產(chǎn)需要,設(shè)計(jì)配置機(jī)內(nèi)機(jī)器人的三軸重疊立式鉆銑加工中心,為了解決這種結(jié)構(gòu)配置方式動(dòng)、靜態(tài)剛度不足的問題,對機(jī)床各關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),以保證機(jī)床的加工精度。論文主要內(nèi)容如下:首先,采用工業(yè)機(jī)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(jìn)給,基于這種配置機(jī)內(nèi)機(jī)器人三軸重疊立式加工中心的新型結(jié)構(gòu)配置方案,設(shè)計(jì)機(jī)床的旋轉(zhuǎn)工作臺臺面、立柱、主軸箱、滑鞍、床身和工業(yè)機(jī)器人安裝底座,并采用有限元法初步分析各結(jié)構(gòu)件的動(dòng)、靜態(tài)剛度。其次,建立基于整機(jī)參數(shù)化三維模型并建立等效了機(jī)床結(jié)合面特性的有限元模型,分析機(jī)床整機(jī)以及各結(jié)構(gòu)件的動(dòng)、靜態(tài)剛度,得出機(jī)床整機(jī)動(dòng)剛度不足,同時(shí)各結(jié)構(gòu)件在動(dòng)態(tài)作用下應(yīng)力和節(jié)點(diǎn)位移較大。然后,依據(jù)加工中心的整機(jī)有限元分析結(jié)果,分析各結(jié)構(gòu)件筋板元結(jié)構(gòu)的高度和厚度尺寸參數(shù)與整機(jī)質(zhì)量、變形和一階固有頻率的相關(guān)性,研究了機(jī)床筋板尺寸參數(shù)對整機(jī)動(dòng)、靜態(tài)剛度的影響,以相關(guān)度大于5%的尺寸參數(shù)為設(shè)計(jì)變量,整機(jī)質(zhì)量、一階固有頻率和變形作為設(shè)計(jì)目標(biāo),在整機(jī)狀態(tài)下對關(guān)鍵部件進(jìn)行尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后整機(jī)質(zhì)量僅增加6.2kg,整機(jī)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(diǎn)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(jìn)行有限元分析,整機(jī)動(dòng)、靜態(tài)剛度均有所提高。同時(shí)采用LMS TEST Lab系統(tǒng)進(jìn)行整機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析,得到整機(jī)的真實(shí)動(dòng)態(tài)特性,且有限元分析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析結(jié)果的誤差在允許范圍之內(nèi),證明了在整機(jī)狀態(tài)下對與整機(jī)的關(guān)鍵尺寸參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化的準(zhǔn)確可行性。再對機(jī)床進(jìn)行諧響應(yīng)分析,確定機(jī)床承受切削載荷時(shí)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：福建工程學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(jié)構(gòu)布局形態(tài)圖0F FX YF FF = C d f C削力系數(shù)； —指數(shù)；正系數(shù)；具直徑；吃刀量。M 0 矩系數(shù)； —指數(shù)；修正系數(shù)。5 鋼，刀具材料為高速鋼，直徑 30mm，將相關(guān)參數(shù)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(shè)析軟件 Ansys Workbench 進(jìn)行初步動(dòng)、靜態(tài)分2.2.1本項(xiàng)目選用的主軸電機(jī)型號為 FANUC FANUC 的 ai S12/4000Z 型，軸導(dǎo)軌滑塊為 M參 考 同 類型 機(jī) 床 的主 軸 箱 設(shè)計(jì) 方 案 ，312×177×168 ，查閱機(jī)床設(shè)計(jì)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(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2733043