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方滑枕变形处理及补偿的研究

作　者: 孙文才
导　师: 罗建伟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 方滑枕有限元法静态分析动态分析优化设计变形补偿
分类号: TG548
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

方滑枕结构广泛应用在数控铣镗机床中,是完成加工的主要部件之一,也是直接承受载荷的部件。方滑枕的静动态特性直接影响整个机床的精度、加工性能和产品质量。此外其变形问题也是国内外生产移动式方滑枕数控机床厂家所必须面对的主要难题,因而对方滑枕现有的结构行研究分析,以改进与优化它的结构和提高整个机床的精度具有十分重要的现实意义和经济效益。本文以TK6920重型数控落地铣镗机床方滑枕为研究对象,利用有限元软件ANSYS作为分析工具,对其结构进行分析和优化。主要的研究内容如下:运用三维软件建立了重型数控落地铣镗机床方滑枕、铣轴和镗轴的三维模型。根据机床的实际工作情况对方滑枕的受力和边界约束条件等进行了分析计算,确定了本文计算铣削力载荷的计算公式。分析了方滑枕变形的主要原因;采用有限元软件建立了方滑枕结构的有限元模型,并对方滑枕进行了有限元静动态分析。静态分析得到了方滑枕在自重下和载荷力作用下方滑枕不同伸出量时的变形量,建立了方滑枕伸出量与变形量、方滑枕伸出部分质心变化量与变形量的数学函数关系;分析了方滑枕一定伸出长度时的变形量与刀盘直径的关系和变形量与转速的关系。模态分析得到了方滑枕的固有频率;瞬态分析得到了瞬态载荷作用下方滑枕的动态特性,并建立了变形量与时间的关系曲线。通过有限元静动态分析,得知方滑枕结构的静动态特性满足加工的条件要求,其强度安全系数较大,结构比较臃肿,具有一定的优化空间。将有限元方法和优化技术相结合,采用选型优化方法对方滑枕结构进行了以减重为目标以静态参数为约束的优化设计。阐述了方滑枕常用的变形补偿方法和原理,通过对方滑枕进行补偿,可以减小方滑枕的变形和满足机床加工的精度要求。分析了方滑枕挠度变形补偿方法,建立了拉杆拉力与方滑枕伸出量的关系曲线。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状与分析  10-13
    1.2.1 数控落地铣镗机床的发展现状  10-11
    1.2.2 数控机床误差补偿技术的国内外研究概述  11-13
  1.3 课题研究的主要内容  13-14
第2章方滑枕的PRO/E建模与有限元静动态分析  14-43
  2.1 TK6920 重型数控落地铣镗机床简介  14-15
  2.2 方滑枕实体模型的建立与受力分析  15-18
    2.2.1 方滑枕Pro/E模型的建立  15-17
    2.2.2 方滑枕的受力分析  17-18
  2.3 方滑枕的静态分析  18-34
    2.3.1 有限元静力学分析的基础理论  19-21
    2.3.2 方滑枕变形的主要原因  21-22
    2.3.3 方滑枕变形量的测量与分析  22-34
  2.4 方滑枕的动态分析  34-42
    2.4.1 有限元法动力学的基本理论  35-37
    2.4.2 模态分析与结果  37-38
    2.4.3 瞬态分析与结果  38-42
  2.5 本章小结  42-43
第3章方滑枕的结构优化设计  43-52
  3.1 结构优化模型简述  43-45
  3.2 方滑枕的选型优化  45-51
    3.2.1 选型优化方法  45-46
    3.2.2 方滑枕的选型优化设计  46-51
  3.3 本章小结  51-52
第4章方滑枕的变形补偿  52-62
  4.1 方滑枕变形补偿的主要方法  52-53
  4.2 方滑枕变形的误差补偿原理  53-56
    4.2.1 主轴箱重锤补偿原理  53-55
    4.2.2 方滑枕自重变形补偿原理  55
    4.2.3 特殊附件补偿原理  55
    4.2.4 有限元方法在方滑枕变形补偿中的应用  55-56
  4.3 基于PLC测控的方滑枕挠度变形补偿方法  56-61
    4.3.1 补偿原理  56-57
    4.3.2 拉杆拉力的计算  57-58
    4.3.3 元件的选择  58-59
    4.3.4 PLC控制程序  59-61
  4.4 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-67
致谢  67

方滑枕变形处理及补偿的研究

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