新CAK3665数控机床数字化设计研究

摘要

新CAK3665是在CAK3665机床基础上进行改进升级而来。本文通过模块化设计，将整机分为几大部分:床身部件，主轴部件，床鞍部件，两轴部件，卡盘部件等。通过产品分析及市场调研，重新确定产品性能参数及结构形式，构建零件的三维模型，然后将部件模型进行虚拟装配，进而完成整个机床的虚拟装配模型;当模型建好后，对模型的静态和动态进行仿真模拟，通过仿真结果修改模型中存在干涉的零部件，得到存在尽可能少问题的三维模型。
　　在研究机床动态性能时通常是使用模态分析技术进行分析:首先将机床按照滑板、床鞍、床身等主要部件进行划分，然后对划分好的若干个子结构建立微分方程组，经过解方程组得到各个部件的动态响应关系。利用得到的各子结构间的位移和力的平衡条件可综合各子结构的特性，获得整体结构的特性。本文介绍了使用有限元分析软件ANSYS对床身模型进行了模态分析和静态受力变形过程的研究。首先要将进行研究的模型在Pro/Engineer中进行一定的修改，再把模型导入到ANSYS软件中。通过研究了解，如果子结构中存在动态特性比较差的部件会影响机床整机的动态性能;此外，影响机床整体计算精确度和结构特性分析的因素还包括连接部件的设计参数和刚度。
　　通过对新CAK3665机床数字化虚拟设计仿真技术研究，得到研究结果表明:(1)三维虚拟设计与二维设计相比有很大的优越性。为了避免在设计过程中出现问题，就需要利用计算机仿真技术，对要生产制造的机床产品进行数字化建模，并在虚拟环境进行装配并检验是否干涉，评估设计的合理性。虚拟设计在当今工程应用中能有效降低设计及制造的成本并大幅度的缩短研发周期。(2)通过对机床大件的动力学分析，并应用机床动力学原理，获得部件的动态性能参数，根据机床动态优化设计方法对机床床身进行优化，提高其动态性能。(3)论文中所使用的三维虚拟仿真设计理论和分析方法不仅在机床行业内得到广泛应用也同样适用其他领域的工程设计，所以本文的设计理论和分析方法及研究结果在工程领域具有广泛应用意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究意义

1．2 数字化设计与制造发展现状

1．2．1 数字化设计与制造的发展

1．2．2 数字化设计中的计算机辅助4C系统

1．2．3 数字原型—虚拟现实

1．2．4 数字化设计与制造技术发展趋势

1．3 数控机床的发展现状

1．4 本论文研究内容

2 新CAK3665机床数字化建模设计

2．1 Pro／Engineer简介

2．1．1 Pro／Engineer发展简介

2．1．2 Pro／Engineer的特点

2，1．3 Pro／Engineer的模块划分

2．1．4 Pro／Engineer的功能简介

2．1．5 Pro／Engineer软件界面及图像

2．2 机构的建模设计

2．2．1 新CAK3665机床概述

2．2．2 机构数字化建模基本理论

2．2．3 CAK3665数控机床机构数字化建模分析

2．2．4 机构的虚拟装配仿真

3 机床主要部件的静力学仿真分析

3．1 仿真分析发展背景

3．2 ANSYS有限元分析软件介绍

3．3 实体模型的简化

3．4 床身的静力学分析

3．4．1 最大切削力的计算

3．4．2 床身大件的有限元建模

3．4．3 两种结构床身的分析对比结果

3．4．4 主要设计参数对床身结构的影响

4 动力学分析在机床设计中的应用

4．1 机床动态性能研究内容

4．2 机床有限元模态分析技术

4．2．1 固有频率和主振型

4．2．2 主振型正交性

4．3 床身的模态分析

4．4 谐响应分析

4．4．1 谐响应分析的理论依据

4．4．2 小结

结论

参考文献

致谢