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方钻杆机床装备与切削稳定性研究

作　者: 韩博
导　师: 王可
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 方钻杆 动态特性分析 切削稳定性 高效铣削
分类号: TG52
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 29次
引　用: 2次
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内容摘要


石油作为基础能源被广泛应用于各个领域,并因其重要的经济价值和战略价值成为各国经济发展和现代化进程中必不可少的物质基础。而在石油钻探中,钻杆起到举足轻重的作用,对于钻杆加工设备来说,大部分企业还都采用通用机床对钻杆进行加工,缺少加工钻杆的专用机床,尤其是对于四、六方钻杆的加工,其效率十分低下。故此,针对此问题,设计了一台数控方钻杆机床,以提高其加工效率。数控方钻杆机床的设计分3步进行:第一步:对所要加工的钻杆进行研究,了解其主要的外形尺寸以确定机床的各方向的行程;第二步:确定机床结构布局,对机床的切削部分、运动部分和支撑部分进行设计;第三步:确定数控方钻杆机床的传动方案,最终确定机床的总体结构布局;数控方钻杆机床的最大特点是高效,但是这样对机床提出了一个问题即机床的动态特性,如机床床身的动态特性不好即在切削过程中其切削的固有频率与机床的某些部件的固有频率相重合或接近,而造成机床在加工时的振动,进而影响加工精度和质量。本文从两方面对机床床身进行研究,其一是对机床床身低阶固有振动频率和振型进行分析,其二是主要是研究机床在工作时床身的振动频率。通过以上分析找出机床的设计缺陷。然后对机床存在的不足进行优化,一个完整的优化设计体系应包括优化设计建模、优化设计求解方法及程序以及优化设计结果的分析和评估,三者应同时进行。本文采用变量化结构优化设计法。以床身筋板变量为优化对象进行优化,找出较为合理的结构。并对床身从新进行模态分析,与前面模态分析的结果进行对比,并其对比结果是否满足要求进行分析。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 概述  10-15
  1.1 国内外对方钻杆加工技术的研究现状  10-12
    1.1.1 国外对方钻杆加工技术的研究现状  10-11
    1.1.2 国内对方钻杆加工技术的研究现状  11-12
  1.2 本课题研究的目的与意义  12-13
    1.2.1 本课题研究的目的  12-13
    1.2.2 本课题研究的意义  13
  1.3 课题研究的内容和方法  13-15
第二章 数控方钻杆机床的总体设计  15-35
  2.1 机床设计方法与基本设计理论  15-17
  2.2 机床总体设计应满足的基本要求  17-22
  2.3 数控方钻杆机床总体方案的确定  22-27
    2.3.1 数控方钻杆机床的总体布局的确定  22-25
    2.3.2 数控方钻杆机床运动方案的确定  25-26
    2.3.3 数控方钻杆机床主要参数确定  26-27
  2.4 数控方钻杆机床的结构设计  27-34
    2.4.1 数控方钻杆机床的床身的结构设计  27-28
    2.4.2 数控方钻杆机床铣削系统的设计  28-30
    2.4.3 数控方钻杆机床纵向传动及辅助机构设计  30-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章 数控方钻杆机床动态特性分析  35-50
  3.1 数控方钻杆机床动态特性分析的意义  36
  3.2 数控方钻杆机床床身建模  36-38
  3.3 数控方钻杆机床的工况分析  38-41
    3.3.1 数控方钻杆机床的工作过程分析  38-39
    3.3.2 数控方钻杆机床的床身受力分析  39-40
    3.3.3 数控方钻杆机床床身受力计算  40-41
  3.4 数控方钻杆机床的床身动态特性分析  41-49
    3.4.1 模态分析的基本理论  41
    3.4.2 数控方钻杆机床工作过程动态特性分析  41-43
    3.4.3 数控方钻杆机床床身的模态分析  43-46
    3.4.4 数控方钻杆机床床身的谐响应分析  46-49
  3.5 本章小结  49-50
第四章 数控方钻杆机床结构优化  50-60
  4.1 数控方钻杆机床结构优化方法  50-52
  4.2 数控方钻杆机床铣削系统的优化  52-53
  4.3 基于元结构的床身变量化结构优化设计  53-57
    4.3.1 元结构概念  54
    4.3.2 筋板变量与筋板固有频率的关系  54-57
  4.4 优化后的动态特性分析与前后结果对比  57-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章 结论  60-61
参考文献  61-63
在学研究成果  63-64
致谢  64

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 钻削加工及钻床
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