数控加工中心模块化及关键部件动态设计研究

摘要

作为现代制造业的关键设备,数控加工中心向高速、高效、精密和多样化的方向发展,产品结构日趋复杂,对产品的工作性能要求越来越高。能否迅速响应市场的需求,在较短时间内设计出具有良好静、动态特性的数控加工中心,是企业能否具备核心竞争力的关键所在。模块化设计能够快速响应客户需求,动态设计能在设计阶段依据未来产品的各种静、动态特性对产品进行优化改进,节省产品样机的试验过程。本文面向产品族的数控加工中心,对产品模块化及模块动态设计方法进行深入的研究,并取得了如下成果:
　　1.创建了数控加工中心产品族矩阵,建立了数控加工中心产品系列模型,应用模块化设计理论,对加工中心进行了功能分析、原理分析和结构分析,在此基础上划分出数控加工中心模块。
　　2.运用金属切削理论,求出了精密加工中心立柱和床身的最小静刚度值;对数控加工中心的立柱和床身进行了有限元分析;基于机械动态设计理论,依据机床动态设计原则,对立柱实施了动态设计,提高了立柱的静、动态性能。
　　3.应用机械结构变量化动态设计技术,通过结构尺寸的变量化静、动态分析,成功实现了对立柱和床身的变量化动态设计。
　　4.研究了基于ANSYS自定义单元(MATRIX27)的螺栓联接结合面的理论建模原理,建立了立柱和床身螺栓联接的结合面有限元模型,分析了螺栓连接刚度对机床动态特性的影响。
　　5.基于组件技术开发的方法,开发了数控加工中心模块化动态设计系统,设计了系统总体结构,给出了系统设计流程和实现方法,展示了系统各个功能界面。
　　本课题丰富了数控加工中心结构设计的理论体系,提高了数控加工中心设计的效率和质量,为开发实用的数控加工中心模块化动态系统奠定了坚实的基础,对数控加工中心设计和制造具重要意义。

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第一章 绪论

§1-1课题研究的背景及意义

§1-2国内外现状与分析

§1-3论文主要研究内容

§1-4论文的组织结构

第二章 数控加工中心模块化研究

§2-1模块化设计的基本理论和方法

§2-2面向产品族数控加工中心功能分析与功能模型建立

§2-3数控加工中心关键模块参数化建模

§2-4小结

第三章 数控加工中心关键模块动态设计研究

§3-1数控加工中心动态设计

§3-2数控加工中心关键模块静、动力学分析

§3-3数控加工中心立柱结构动态改进设计

§3-4小结

第四章 关键模块变量化动态设计

§4-1关键模块基于变量化动态设计

§4-2ANSYS二次开发在模块变量化设计中的应用

§4-3 小结

第五章 结合面参数对机床动态特性的影响研究

§5-1立柱床身螺栓联接结合面有限元模型的建立

§5-2螺栓联接刚度对机床动态特性影响

§5-3 小结

第六章 数控加工中心模块化动态设计系统研发

§6-1系统的开发与实现方法

§6-2系统的主要功能

§6-3系统的总体结构

§6-4系统的设计流程

§6-5系统的界面设计

§6-6小结

第七章 结论与展望

§7-1本文工作及结论

§7-2课题工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果