新型数控机床数控转台的动静态特性分析与结构优化

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作为先进生产能力的代表,数控机床广泛应用于航空航天、军事工业以及国民经济各领域。应用于贵金属加工场合的数控机床,不仅要能达到较高的加工精度和较好的加工质量,而且其体积也应该尽量小巧,同时要考虑到碎屑的回收,以免造成资源浪费和环境污染。而传统的机床大多比较笨重、体积庞大,需要占据大量的空间资源。因此,针对上述情况,有必要开发一款专门的用于贵金属加工的数控机床。而数控转台作为数控机床的关键部件,其设计的成功与否,将直接影响到数控机床的整机性能和生产效率,因此,研究数控转台的结构的动态设计过程,对提高机床的加工精度以及加工质量起着至关重要的作用。本文以贵金属加工机床的数控转台作为研究对象,对数控转台的动态设计进行了全面的研究。主要内容有:数控转台的三维结构建模、数控转台的动静态特性分析、基于动静态特性的响应面模型的建立、基于遗传算法的多目标优化以及典型零件的加工工程仿真。依据数控转台的动静态特性和设计要求,确定数控转台的关键结构尺寸,运用CAD软件Pro/E,建立数控转台的参数化模型。三维模型,通过ANSYS Workbench和Pro/E的数据接口,被导入ANSYS中,设定相应的零件材料以及各零件之间的接触形式,建立数控转台的有限元模型,在此基础上,给定相应的边界条件,对数控转台进行动静态特性分析。结合试验设计方法,建立数控转台动静态特性的响应面模型。基于遗传算法,对数控转台的动静态特性进行多目标优化,实现数控转台的动态结构设计。基于加工仿真软件VERICUT,对典型零件的加工过程进行仿真,模拟机床在加工过程中的运动情况以及工件的切削过程,对可能出现的碰撞以及过切问题进行检测。通过对数控转台进行动态设计,实现对数控转台的关键尺寸的优化设计,在质量没有显著增加的前提下,提高数控转台的动静态特性。通过VERICUT对典型零件的加工过程进行仿真,真实的模拟三维加工过程,对机床可能出现的过切以及干涉问题进行检测,验证机床运行的正确性。本文实现了数控转台的完整动态设计过程,对实践具有重要的指导意义。
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