三维激光切割机切割头运动控制精度与力学性能分析

摘要

机械制造业中机床是基础装备。现代机械加工中,要求加工的质量越来越高且加工形状越来越复杂,对机床的性能要求也越来越高,而传统机械加工显示很大的局限性,例如在加工微孔、窄缝加工方面,近年来发展起来的激光加工技术在这方面显示了很大的优势。激光加工机床是激光加工技术的基础装备,其中五轴联动的三维激光加工机由于其具有三维加工的特点,在进行复杂曲面加工方面具有独特优势,发展迅速,而三维激光切割头是其关键部件,其设计质量尤其是其精度对加工质量至关重要。
　　本文针对五轴联动三维激光加工设备中的三维激光切割头的定位精度及动态性能进行研究,根据运动功能及激光传输功能要求进行了三维激光切割头的原理设计和机械结构设计,并根据运动性能要求进行了驱动动力选取。根据加工定位精度指标,运用多体系统运动学理论建立了三维激光切割头的定位误差模型,并分析了误差影响因素,分析得出了定位精度大小。
　　通过有限元法建立三维激光切割头的有限元模型,分析重力及离心力对激光切割头末端位移的影响,并综合考虑几何误差及静载荷下激光切割头末端位移误差,分析了激光切割头的定位误差。针对激光切割头的振动响应性能,进行了整体结构的模态分析及谐响应分析,得出激光切割头前十阶固有频率数据,并得出各阶振型。根据激光切割头平动加速过程中的加速冲击效应,进行了瞬态动力学分析,分析结果显示,激光切割头在平动加速阶段,顶端位移与低端位移相差很小,动态性能良好。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源及意义

1.2 国内外三维激光切割头的研究现状

1.3 数控机床空间误差建模理论及方法的研究现状

1.4 本文的主要研究内容及各章节安排

第2章 三维激光切割头的设计

2.1 设计指标要求

2.2 工作原理

2.3 结构方案设计

2.4 本章小结

第3章 三维激光切割头定位误差数学模型建立及仿真

3.1 引言

3.2 基于多体系统运动学理论的多体机构误差模型建立方法

3.3 三维激光切割头的运动误差数学模型的建立

3.4 三维激光切割头的运动误差分析计算

3.5 本章小结

第4章 三维激光切割头的力学性能分析

4.1 概述

4.2 有限元法理论

4.3 三维激光切割头的有限元模型的建立

4.4 三维激光切割头的静力学分析

4.5 三维激光切割头的模态分析

4.6 三维激光切割头的瞬态分析

4.7 本章小结

结论

参考文献

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致谢