高精度多工位机床关键技术的研究

摘要

目前，我国制笔工业已具有相当的规模，成为世界制笔业生产和出口大国，但并不是制笔强国，尤其是笔头的加工质量与国外高档产品差距较大。由于国内传统笔头加工设备的落后，笔头加工的精度并不能满足市场要求，我国用于制造中高端笔头的设备仍依赖进口，这严重制约着我国制笔产业的发展。因此，研究高精度多工位机床关键技术，实现制笔机床核心部件的国产化，对保持我国制笔工业可持续发展具有十分重要的意义。
　　本论文是在国家科技支撑计划“制笔行业关键材料及制备技术研发与产业化”项目的支持下，以多工位机床的核心部件——高精密转动圆盘为研究对象，进行了仿真和试验相结合的研究，首先针对转盘的关键切削工艺参数和工装夹具引起的形变进行了仿真模拟，并获得最优结果，接着指导实际转动圆盘的现场制造试验，并最终通过三坐标测量机进行加工精度验证。本论文的主要研究成果和特色如下：
　　（1）分析比较了国内外多工位制笔机床的发展状况及技术特征，提出了困扰国内制笔行业先进制笔机床的关键技术难点，并介绍其加工精度要求。
　　（2）结合零件的特性要求，根据不同金属材料性能的对比分析，确定了零件的选材。通过采用低温正火热处理工艺，并对处理后的材料进行金相组织分析，结果表明了该工艺改善了零件的尺寸稳定性。
　　（3）阐述了弹塑性有限元理论基础，运用DEFORM-3D有限元软件建立了零件和刀具的三维切削模型。通过仿真切削试验得出的最优化切削参数组合，使零件在加工过程中受切削力、切削温度、切削应变情况的影响达到最小。
　　（4）对转盘夹具进行设计优化，运用 ANSYS有限元软件分析不同方案夹紧力对夹具的形变影响，确定了采用粘结装夹的方式，使零件基本不产生变形趋势。
　　（5）转盘零件创新性地在龙门坐标镗床上安装分割器的装置组合，采用极坐标方式进行加工完成，经三坐标测量机检测，其制造精度达到±5μm，基本满足了机床的使用要求。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外制笔机床的发展及现状

1.3 高精度多工位机床的关键技术问题

1.4 课题的主要研究内容

第二章 转动圆盘的选材与热处理

2.1 转盘零件的材料选择

2.2 转盘零件材料的热处理

2.3 本章小结

第三章 转动圆盘切削工艺的仿真与优化

3.1 弹塑性有限元理论基础

3.2 零件切削三维有限元模拟的关键技术

3.3 转盘镗削加工的三维有限元仿真

3.4 镗刀切削的正交实验

3.5 本章小结

第四章 转动圆盘装夹的设计

4.1 转盘零件装夹布局设计

4.2 转盘零件装夹变形的有限元分析

4.3 转盘零件装夹优化

4.4 本章小结

第五章 转动圆盘的制造试验与检测

5.1 转盘零件的制造加工

5.2转盘零件的检测装置

5.3转盘零件的检测分析

5.4 本章总结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢