动力伺服刀架转位系统若干关键技术问题研究

摘要

动力伺服刀架是数控车床及车铣复合加工中心的关键功能部件之一，其性能直接影响数控机床的切削性能和效率，体现了数控机床设计和制造技术的水平。而刀盘的结构参数和转位系统的传动准确性对刀架的性能有很大的影响，因此对其进行研究具有重要的意义。
　　论文首先查阅了国内外动力伺服刀架及其转位系统研究的文献，综述了课题研究内容的国内外研究情况。课题以沈阳机床集团生产的某型号动力伺服刀架为研究对象，首先以刀架所配置的刀盘在满足功能和强度的前提下，以质量最小作为优化目标函数，进行结构参数的优化。利用MATLAB优化工具箱提供的fmincon函数，完成对刀盘关键参数的优化;之后利用有限元分析软件对优化前后的刀盘分别进行静态特性、模态和谐响应分析，结果表明优化之后的刀盘具有良好的静态和动态性能。
　　对于端齿盘的研究，分别建立无误差齿盘模型和考虑研磨精度下单个齿距误差的齿盘模型，并对其进行接触应力的有限元分析，结果说明了精密磨削和多次对研工序的重要性，对端齿盘的加工有一定指导意义。对于转位系统的动力学分析，首先采用三维建模软件Pro/E实现了转位系统的各个齿轮的参数化建模，并对装配体模型进行全局干涉检查，验证模型的准确性;之后采用多刚体动力学分析软件ADAMS建立刀架转位系统的虚拟样机模型，分别采用三种不同的电机驱动方式对转位系统进行仿真，得到了各种驱动方式下的角加速度、角速度和大齿轮转角变化曲线，结果表明仿真结果和理论计算结果非常接近，在刀架定位精度的范围以内，证明所建立的转位系统虚拟样机具有较高的准确性，同时采用S型曲线可以减小转位系统传动的振动和摩擦，是比较好的驱动方式。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国外机床刀架研究现状

1．2．1 国内外数控机床概况

1．2．2 国外刀架现状

1．2．3 国内刀架现状

1．3 国内外研究现状分析

1．3．1 刀盘参数优化研究综述

1．3．2 虚拟样机技术研究综述

1．4 本文主要工作

第2章 多体动力学与接触动力学

2．1 多体系统动力学概述

2．2 多体系统动力学方程

2．3 多体动力学方程的求解

2．4 接触、碰撞动力学

2．4．1 含接触力的刚体动力学方程

2．4．2 等效弹簧阻尼模型的动力学描述

2．5 本章小结

第3章 刀盘参数优化及其有限元分析

3．1 引言

3．2 刀盘结构的优化

3．2．1 建立数学模型

3．2．2 确定约束条件

3．2．3 优化求解

3．3 切削力

3．3．1 切削力的来源及切削分力

3．3．2 切削力计算

3．4 刀架实体模型的动静态分析

3．4．1 实体建模

3．4．2 静态分析

3．4．3 模态分析

3．4．4 谐响应分析

3．5 本章小结

第4章 转位系统参数化建模

4．1 引言

4．2 Pro／E软件介绍

4．2．1 Pro／E软件建模

4．1．2 Pro／E软件装配

4．3 渐开线直齿圆柱齿轮的建模

4．3．1 渐开线生成原理

4．3．2 齿根过渡曲线生成原理

4．3．3 齿根和齿顶曲线

4．3．4 建立标准参数化齿轮实体模型

4．4 转位系统装配及干涉分析

4．5 本章小结

第5章 转位系统有限元分析和动力学仿真

5．1 引言

5．2 端齿盘的有限元分析

5．3 转位系统动力学分析

5．3．1 ADAMS软件及接口

5．3．2 虚拟样机模型的建立

5．3．3 碰撞参数的选取

5．3．4 仿真分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢