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木材加工双摆角铣头运动特性分析与结构优化设计

作　者: 张庆艺
导　师: 张伟
学　校: 中国林业科学研究院
专　业: 材料加工工程
关键词: 双摆角铣头运动仿真有限元分析
分类号: TS64
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

五轴联动机床为代表的数控机床是制造自动化的关键基础，是现代制造装备的核心。其中，双摆角铣头是五轴联动数控机床的核心部件，是五轴联动数控机床市场竞争的焦点之一，而且，双摆角铣头是五轴联动数控机床的主要运动部件其结构质量特性对加工过程有显著影响。因此，对双摆角铣头结构特性进行分析和关键部件优化成为设计时的必要环节。首先，本文分析双摆角铣头实验平台总体结构布局、系统结构、五轴联动实现方案等，同时建立了双摆角铣头三维实体模型。其次，根据双摆角铣头结构布局，运用运动仿真学理论，建立了双摆角铣头运动仿真模型，并评估了双摆角铣头运动特性对加工精度的影响。结果表明在切削力作用下，电主轴刀具端面由于A轴的摆动在运动过程中速度存在波动在进行数控控制时应予以考虑保证加工精度。然后，基于双摆角铣头结构几何模型，根据大型复杂结构的简化原则以及有限元简化复杂装配体等效原理，建立了双摆角铣头A轴摆角不同位置时的有限元模型，并分析了A轴摆角的摆动对结构静态特性的影响，结果表明在切削力作用下，主壳体由于A轴的摆动而存在形变为了评估交变铣削力载荷和热载荷对双摆角铣头的影响，整机动态性能由其结构薄弱环节主壳体决定，提高主壳体刚度有利于整机的动态特性。最后，说明了结构优化方法的适用性和选择原则，并且针对双摆角铣头关键零部件主壳体的特征对其进行减重优化设计。说明了优化方法的原理和步骤，并且，采用Solidworks软件优化模块对双摆角铣头主壳体进行了优化，优化改进后，在刚度、强度满足设计要求的情况下，有一定优化效果，有利于提高整机特性。最后对此次优化设计存在的不足和后期展望做了总结。

木材加工双摆角铣头运动特性分析与结构优化设计

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