小型五轴数控机床设计评价及结构动态特性分析

摘要

随着民用和国防等众多领域对微小型化产品需求的不断增加，人们开始越来越关注微小零件的设计与加工问题。微细铣削加工技术在制造复杂三维几何形状微小零件中具有重要的作用。然而，目前许多由金属材料制成的三维微小零件都是在常规尺寸的超精密机床上加工而成的，这些机床成本高、效率低、能耗大、主轴转速相对较低，微小型机床的诞生就是为了解决这些问题。微小型机床不仅有助于提高空间利用率和降低成本，而且由于惯性减小，从而容易达到高速加工和高精度运动控制。目前，许多研究工作都集中在建造与小型零件尺度相匹配的小型机床，并且已有不少有关小型机床设计原型的报道，然而在小型化机床结构设计方法方面的报道并不多见。
　　本文针对自行研制的五轴小型精密数控铣床，从空间误差控制和结构动态性能控制两方面进行机床结构设计参数分析和动态特性分析。
　　首先，建立了基于刚体运动学的五轴小型机床系统空间误差模型，采用基于损失模型的稳健设计方法，以机床实际设计参数和局部几何误差为控制因素和噪声因素，以正交试验为工具安排了多组仿真试验；通过对试验结果的统计与分析评价了各设计参数对空间误差的影响及其稳健性。
　　然后，采用有限元分析软件ANSYS对机床整机进行结构静动态特性分析，并对机床整机的动态特性作出评价，通过逐步缩短运动链的方法，找出重力作用下对刀具装夹处变形影响最大的部件，并提出修改建议，其中重点研究了零件结合部对装配体结构动态特性的影响。
　　最后，采用试验模态分析的方法对分析结果进行验证，分析了仿真结果和试验结果出现偏差的原因，为以后无样机条件下的机床虚拟设计打下基础。

目录

小型五轴数控机床设计评价及结构动态特性分析

EVALUATION OF DESIGN PARAMETERS AND DYNAMIC ANALYSIS OF A FIVE-AXIS MINIATURIZED MILLING MACHINE TOOL

摘 要

Abstract

目 录

第1章绪论

1.1课题来源及研究的背景和意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3主要研究内容

第2章五轴精密小型铣床的设计稳健性评价

2.1引言

2.2机床设计评价

2.3本章小结

第3章五轴精密小型铣床的动静态特性分析

3.1模态分析的理论基础

3.2小机床有限元建模

3.3小机床模态分析结果

3.4小机床静态特性分析

3.5本章小结

第4章机床螺栓结合面动态特性研究及整机试验模态分析

4.1结合面特性的影响因素

4.2结合面动态特性的研究方法

4.3结合面动态特性的有限元分析

4.4小机床的试验模态分析

4.5本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢