基于创新理念的低速走丝电火花线切割机设计与优化

摘要

本文基于上海大学与上海飞乐股份有限公司产学研基地项目-“低速走丝电火花线切割机多目标优化”，以客户需求作为产品设计驱动力，运用创新设计的理论与方法进行方案设计，并完成虚拟样机设计。在此基础上应用先进的设计分析手段，重点对低速走丝电火花线切割机关键部件走丝驱动机构进行动力学分析仿真和支架结构优化，确保了走丝机构工作的稳健性。提高了整机的精度。 文章首先分析了DK7632/1-6电火花线切割机的客户需求，运用系统聚类法得出9项重要客户需求，并结合层次分析法确定需求权重，从而为方案设计与关键部件走丝驱动机构的动力学仿真提供依据，并利用Pahl及Beitz的设计理论进行线切割机方案创新设计，运用主成分分析法对创新设计方案进行综合评价与优选，确定低速走丝线切割机最终设计方案。 根据设计方案，进行产品参数化建模，同时利用虚拟装配仿真技术，对低速走丝线切割机虚拟模型进行了装配仿真优化，并最终建立虚拟样机，从而为关键部件走丝驱动机构的分析提供参考模型。 基于低速走丝线切割机的虚拟样机，并考虑客户需求分析后权重最大的两项需求：成本和成品质量，对影响性价比的关键部件走丝驱动机构应用多体动力学仿真软件Recurdyn进行动力学仿真，得出走丝驱动机构的动态性能：走丝过程中的张力变化和各走丝轮轴的动态支反力和力矩，并对所有支反力和力矩进行求和，确定支反力和力矩极值，从而为走丝驱动机构支撑零件-支架的分析与优化提供边界条件，针对速度轮前张力波动较大的现象进行了深入分析，并通过在速度轮轴上添加摩擦盘对张力波动进行控制，取得较理想结果。 文章最后对走丝驱动机构支撑零件-支架进行了分析和优化。利用动态分析仿真技术进行结构模态分析，并根据输出的模态特性对支架模型进行优化，提高了走丝驱动机构动态性能，从而提高了整机精度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题来源

1.2课题研究的背景和意义

1.2.1电火花线切割加工的物理模型

1.2.2电火花线切割加工的分类

1.2.3研究意义

1.3当前国内外低速走丝电火花线切割机研究概况

1.3.1国外研究概况

1.3.2国内研究概况

1.4产品创新设计理论研究进展

1.5论文的主要研究内容及方法

第二章DK7632／1-6电火花线切割机的概念设计与方案分析

2.1引言

2.2 DK7632／1-6电火花线切割机客户需求获取与分析

2.3 DK7632-1／6电火花线切割机的功能提取与分解

2.3.1功能提取与分解

2.3.2 WEDM-LS功能提取与分解

2.3.3 WEDM-LS分功能的原理求解

2.3.4 WEDM-LS原理求解的综合

2.4 DK7632-1／6电火花线切割机的方案评价

2.5本章小节

第三章DK7632／1-6电火花线切割机虚拟样机的实现

3.1虚拟样机技术简介

3.2虚拟样机实现过程

3.3 WEDM—LS虚拟样机的实现

3.3.1设计指标的确定

3.3.2总体规划的确定

3.3.3 WEDM-LS的设计建模

3.3.4 WEDM-LS斜度机构的虚拟装配

3.4本章小结

第四章走丝机构的设计与仿真

4.1走丝机构的方案设计

4.1.1 WEDM-LS张力装置的种类及构成

4.1.2走丝系统的方案建立

4.1.3走丝系统的数学模型

4.2走丝系统的结构设计

4.3走丝系统的动力学仿真

4.3.1多柔体系统动力学理论

4.3.2多体系统动力学仿真软件RecurDyn简介

4.3.3 RecurDyn皮带滑轮模块与走丝系统建模

4.3.4走丝系统动力学仿真结果与分析

4.4本章小节

第五章机架的有限元分析与优化

5.1机架的有限元分析

5.1.1实体模型简化

5.1.2有限元模型的建立

5.2支架的结构优化设计

5.2.1优化设计的数学模型

5.2.2约束优化原理

5.2.3优化算法介绍

5.2.4机架优化设计

5.3机架的模态分析与结构改进

5.3.1模态分析理论

5.3.2机架有限元模态分析

5.3.3机架结构优化

5.4本章小节

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致谢