桥式龙门加工中心直线进给部件的动态特性分析与优化

摘要

龙门式加工中心具有结构刚性好、加工范围大、功率高等特点，已成为现代金属切削机床中的一种通用设备。在机床系统的设计开发过程中，机床的直线进给系统直接关系到主轴能否快速定位、瞬时启动和准停。动态性能好的机床进给系统能够有效地减少空行程时间，提高机床工作效率。本论文主要研究桥式龙门加工中心直线进给部件的动态特性，预估机床的性能，针对设计的不合理性进行优化。
　　论文首先建立桥式龙门加工中心的虚拟样机模型，分析机床进给部件的结构成分，得出各进给方向的质量属性。在分析机床结构的约束关系以及运动特征的前提下，利用RecurDyn软件对直线进给系统的快速进给过程进行动力学仿真，得到机床进给运动的位移、轨迹、速度、加速度，检验机构的运动是否合理。通过理论计算选用相应的进给驱动电机，由启动加速转矩的仿真，验证伺服电机方案的可行性，以进行必要的改进。然后，根据已得出的改进要求，以横梁为例，对加工中心的直线进给部件进行结构优化。针对横梁结构及筋板布置的优化设计，以高刚度、高抗振性和轻量化为评价指标，采用静动态综合性能优选方法筛选得到最优设计方案，从而改善进给部件的动态特性。最后，样机试制过程和机床运行结果验证了设计方案的可行性，采用锤击模态测试方法获取前几阶固有频率与振型，对样机横梁的模态进行实验验证，并与所得的有限元分析结果相比较。
　　论文的研究为桥式龙门加工中心直线进给部件的动态特性提供了分析与优化的方法，而且所得结论可以用于指导实际机床的设计，对提高相关产品的设计水平发挥着积极作用。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外相关领域研究现状

1.3 论文研究对象与主要内容

第二章 桥式龙门加工中心直线进给部件的虚拟建模

2.1 加工中心对直线进给部件技术要求分析

2.2 机床各向进给部件的虚拟建模

第三章 直线进给系统方案选择与动力学仿真

3.1 直线进给系统传动方案的选择

3.2 滚珠丝杠直线进给方式的理论分析

3.3 动力学仿真软件RecurDyn介绍与动力学方程的建立

3.4 动力学仿真步骤与仿真模型的建立

3.5 直线进给系统动力学仿真分析

3.6 本章小结

第四章 横梁部件的结构优化设计与动态特性分析

4.1 横梁内部筋板布置方案选择

4.2 横梁的静动态特性分析

4.3 横梁结构方案的优选

4.4 本章小结

第五章 桥式龙门加工中心样机试制及其实验验证

5.1 桥式龙门加工中心样机试制

5.2 加工中心横梁实验模态分析

5.3 仿真与实验结果的对比分析

第六章 总结及展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文