發(fā)布時間：2017-10-21 01:27

  本文關(guān)鍵詞：經(jīng)濟型雕刻機結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化

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【摘要】：近年來數(shù)控加工技術(shù)日趨成熟,雕刻機作為類似銑床的一種機床單獨發(fā)展開來,其不但需要保證像機床加工過程中的精度、效率及穩(wěn)定性等條件,同時還要兼顧藝術(shù)設(shè)計,廣泛應(yīng)用于廣告、印刷、裝飾首飾制品等行業(yè),國內(nèi)外也出現(xiàn)了許多生產(chǎn)制造雕刻機的企業(yè),但總體來看中小型雕刻機價格普遍偏高,能滿足加工性能要求同時價格低廉的雕刻機有著廣泛需求。針對上述需求本文研究了一種經(jīng)濟型雕刻機,首先根據(jù)運動分配設(shè)計了兩套結(jié)構(gòu)方案,利用ANSYS軟件對兩種雕刻機的整體結(jié)構(gòu)做了靜動態(tài)特性分析,選定龍門式雕刻機結(jié)構(gòu)方案作為最終總體方案,針對靜動態(tài)仿真分析結(jié)果對雕刻機重要結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計,并進行靜動態(tài)特性仿真分析,與原結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)進行了性能對比,以提高加工過程中的精度及穩(wěn)定性,雕刻機主要尺寸參數(shù)優(yōu)化確定后利用ADAMS軟件對雕刻機進行了運動學仿真研究,最后通過雕刻機實驗設(shè)備進行加工實驗驗證運動學仿真軌跡,同時驗證了本文所研究的經(jīng)濟型雕刻機的可行性及可靠性,具體研究內(nèi)容及結(jié)論如下：(1)通過對不同運動功能分配方案對比,設(shè)計出龍門式和工作臺移動式兩種雕刻機總體方案布局,并初步確定雕刻機主要尺寸參數(shù)及運動動力參數(shù),之后分別對兩種雕刻機結(jié)構(gòu)的主傳動系統(tǒng)和進給傳動系統(tǒng)布局及其部件進行設(shè)計,同時對這兩種雕刻機方案設(shè)計不同的電主軸支撐部件,將兩種雕刻機結(jié)構(gòu)方案布局細化并利用Pro/E軟件建立三維模型,最后介紹雕刻機的控制系統(tǒng)和工作原理。(2)通過ANSYS軟件對龍門式和工作臺移動式雕刻機結(jié)構(gòu)進行了靜力分析,發(fā)現(xiàn)兩種雕刻機結(jié)構(gòu)變形均小于0.1mm,兩種結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力最大的位置都是在Y方向下端導軌與Z方向支撐部件的連接處；對兩種雕刻機結(jié)構(gòu)進行自由模態(tài)及工作模態(tài)分析,二者都避開了電主軸的工作頻率,不會產(chǎn)生共振,從振型圖得出二者主要的變形都是立柱支撐結(jié)構(gòu),但工作臺移動式結(jié)構(gòu)在雕刻機工作時工作臺也會產(chǎn)生較大變形。通過對兩種雕刻機結(jié)構(gòu)的靜動態(tài)特性對比,決定選用龍門式雕刻機結(jié)構(gòu)以便提高工作過程的穩(wěn)定性。(3)對雕刻機結(jié)構(gòu)靜動態(tài)性能分析發(fā)現(xiàn)雕刻機結(jié)構(gòu)變形量最大的位置在電主軸支撐部件,等效應(yīng)力最大位置在Y方向?qū)к壣弦约罢w結(jié)構(gòu)工作模態(tài)下固有頻率較低,針對此情況對雕刻機主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化。分別研究了龍門支撐部件高度(H)、Y方向?qū)к壊考䦟挾?W)、電主軸支撐部件長度(L)及厚度(D)四個因素(每個因素取三個值)研究對雕刻機整體結(jié)構(gòu)的靜動態(tài)性能影響,得到最終得到優(yōu)化后的龍門式雕刻機的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：龍門支撐部件高度取250mm,Y方向?qū)к壖盎瑝K寬度取280mm,電主軸支撐部件長度取130mm,電主軸支撐部件厚度取60mm。(4)利用ADAMS軟件對所研究的雕刻機進行了運動學仿真,得到刀具的加工軌跡,結(jié)果表明刀具在受到切削力的作用及電主軸高速轉(zhuǎn)動下刀具軌跡會產(chǎn)生波動,從各軸位移曲線可知位移的誤差及波動較小,滿足加工要求,通過雕刻機實驗設(shè)備進行加工實驗驗證了雕刻機運動學仿真的軌跡,同時加工復雜圖形實驗驗證了本文所研究雕刻機的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：雕刻機結(jié)構(gòu) 靜動態(tài)特性 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化 運動學實驗
【學位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景10
• 1.2 雕刻機概述10-11
• 1.2.1 雕刻機國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 雕刻機應(yīng)用范圍11
• 1.3 機床優(yōu)化設(shè)計方法概述11-12
• 1.4 有限元分析發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用12-14
• 1.5 機床運動學分析現(xiàn)狀14
• 1.6 課題主要研究內(nèi)容14-16
• 第二章 經(jīng)濟型雕刻機結(jié)構(gòu)布局與控制系統(tǒng)16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 經(jīng)濟型雕刻機的運動分配與構(gòu)成16-18
• 2.3 經(jīng)濟型雕刻機的總體布局18-23
• 2.3.1 雕刻機主參數(shù)和尺寸參數(shù)初定18-19
• 2.3.2 雕刻機運動及動力參數(shù)設(shè)計19-20
• 2.3.3 雕刻機傳動系統(tǒng)設(shè)計20-22
• 2.3.4 雕刻機主軸部件結(jié)構(gòu)設(shè)計22-23
• 2.4 經(jīng)濟型雕刻機的總體裝配方案23-24
• 2.5 經(jīng)濟型雕刻機的控制系統(tǒng)24-25
• 2.6 經(jīng)濟型雕刻機的工作原理25
• 2.7 本章小結(jié)25-26
• 第三章 經(jīng)濟型雕刻機結(jié)構(gòu)靜動態(tài)特性分析研究26-42
• 3.1 引言26
• 3.2 經(jīng)濟型雕刻機結(jié)構(gòu)的靜態(tài)特性研究26-29
• 3.2.1 基于ANSYS環(huán)境的雕刻機結(jié)構(gòu)靜力分析26-29
• 3.2.2 不同雕刻機結(jié)構(gòu)方案靜力分析對比29
• 3.3 經(jīng)濟型雕刻機結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性研究29-39
• 3.3.1 模態(tài)特性分析基礎(chǔ)29-31
• 3.3.2 雕刻機結(jié)構(gòu)模態(tài)特性分析的必要性31
• 3.3.3 基于ANSYS環(huán)境雕刻機結(jié)構(gòu)模態(tài)特性分析31-32
• 3.3.4 雕刻機結(jié)構(gòu)自由模態(tài)仿真與結(jié)果32-35
• 3.3.5 雕刻機結(jié)構(gòu)自由模態(tài)特性分析對比35-36
• 3.3.6 雕刻機結(jié)構(gòu)工作模態(tài)仿真與結(jié)果36-39
• 3.3.7 雕刻機結(jié)構(gòu)工作模態(tài)特性分析對比39
• 3.4 經(jīng)濟型雕刻機結(jié)構(gòu)方案確定39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 第四章 經(jīng)濟型雕刻機結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化42-64
• 4.1 引言42
• 4.2 雕刻機總體結(jié)構(gòu)布局42-43
• 4.3 結(jié)構(gòu)高度(H)對雕刻機靜動態(tài)特性的影響分析43-48
• 4.3.1 龍門支撐部件高度對雕刻機靜態(tài)性能影響43-44
• 4.3.2 龍門支撐部件高度對雕刻機動態(tài)性能影響44-48
• 4.4 結(jié)構(gòu)寬度(W)對雕刻機靜動態(tài)特性的影響分析48-52
• 4.4.1 導軌寬度對雕刻機靜態(tài)性能影響48-49
• 4.4.2 導軌寬度對雕刻機動態(tài)性能影響49-52
• 4.5 結(jié)構(gòu)長度(L)對雕刻機靜動態(tài)特性的影響分析52-58
• 4.5.1 電主軸支撐部件長度對雕刻機靜態(tài)性能影響53-55
• 4.5.2 電主軸支撐部件長度對雕刻機動態(tài)性能影響55-58
• 4.6 結(jié)構(gòu)厚度(D)對雕刻機靜動態(tài)特性的影響分析58-63
• 4.6.1 電主軸支撐部件厚度對雕刻機靜態(tài)性能影響58-60
• 4.6.2 電主軸支撐部件厚度對雕刻機動態(tài)性能影響60-63
• 4.7 本章小結(jié)63-64
• 第五章 經(jīng)濟型雕刻機運動學實驗研究64-74
• 5.1 引言64
• 5.2 雕刻機運動學仿真研究64-70
• 5.3 雕刻機運動學實驗研究70-73
• 5.3.1 實驗設(shè)備70-71
• 5.3.2 雕刻機加工實驗71-73
• 5.4 本章小結(jié)73-74
• 第六章 總結(jié)與展望74-76
• 6.1 論文總結(jié)74-75
• 6.2 工作展望75-76
• 參考文獻76-80
• 致謝80

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 楊頂信;;機械優(yōu)化設(shè)計方法與評判指標[J];長春理工大學學報(綜合版);2006年02期

2 陳幼平,庹艾莉,周敬東,袁楚明,周祖德;虛擬制造環(huán)境下數(shù)控機床的運動學建模與仿真[J];計算機工程與應(yīng)用;2005年10期

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本文編號：1070495