【摘 要】
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钻削加工是生产过程中广泛使用的生产工艺,随着制造技术的迅速发展,各类新型钻削加工设备也不断涌现,但通过研究现状分析及市场调研,发现目前在一些行业领域用于多品种变批量生产的钻削加工设备仍存在生产效率低、精度差、成本高等问题。本文针对纺织设备圆筒针织机核心部件针盘的加工要求,开发一款具有生产效率高、结构刚度好的柔性钻削加工机床。利用SOLIDWORKS建立其三维模型,通过ANSYS Workbench
【基金项目】
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泉州纬隆机械有限公司委托的研发项目——针盘零件柔性钻削加工机床的研发；
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钻削加工是生产过程中广泛使用的生产工艺,随着制造技术的迅速发展,各类新型钻削加工设备也不断涌现,但通过研究现状分析及市场调研,发现目前在一些行业领域用于多品种变批量生产的钻削加工设备仍存在生产效率低、精度差、成本高等问题。本文针对纺织设备圆筒针织机核心部件针盘的加工要求,开发一款具有生产效率高、结构刚度好的柔性钻削加工机床。利用SOLIDWORKS建立其三维模型,通过ANSYS Workbench软件对机床进行静力学和动力学分析,并对其机床整机进行多目标优化,通过模态实验验证仿真分析的可靠性。主要研究内容如下:第一,根据零件加工需求初步确定柔性钻削加工机床的总体布局方案;通过对钻削参数的计算,确定机床的钻削动力头设计方案;对机床钻削动力头及关键部件进行详细结构设计,并采用SOLIDWORKS软件建立整机的三维结构模型。第二,运用ANSYS Workbench建立柔性钻削加工机床整机有限元模型,根据实际工况施加边界载荷条件,对整机进行相应的静动力学特性分析,由静力学分析可以得到整机最大位移量为177.21μm,最大应力为17.635MPa;通过模态分析得到其主要振型及前六阶固有频率,并结合谐响应分析得到一阶固有频率易引起机床共振,通过分析得到机床整机在加工工况时的静动刚度变化情况,并寻找其薄弱环节和可优化空间。第三,在ANSYS Workbench软件中通过拓扑优化对底座进行轻量化设计,得到了底座材料的伪密度分布图,通过最优材料分布对底座进行优化改进,实现轻量化设计,采用响应面尺寸优化方法对整机结构进一步优化设计,根据多目标遗传算法建立数学模型,找到最优的设计方案。优化结果表明:优化后整机的质量减少7.2%,最大变形量减小了23.1%,一阶固有频率增加33.6%,实现了整机优化的预期目标。第四,采用模态实验方法,利用LMS设备对柔性钻削加工机床整机进行动态测试实验,与有限元静动态特性分析结果做对比,以此来验证有限元分析的精确性和优化的可靠性。结果表明,实验所得龙门架及底座的固有频率与模态分析结果基本吻合,验证了有限元模型的可靠性及有限元分析结果的合理性。
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