车铣复合加工中心B轴动力刀架的研究与设计

作     者：王艳芳 WangYanfang

作者单位：成都理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨健;刘雁

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：动力刀架 运动学、动力学分析 参数优化 直驱摆头 机电耦合分析 

摘      要：在航空航天、船舶动力、医疗器械等领域,多斜孔、复杂空间曲面的加工需求日益剧增。车铣复合加工技术在高精密机械加工领域占有举足轻重的地位,其所配置的B轴动力刀架可以有效地解决产品精度要求高、曲面加工复杂等问题。因此,在数控车铣复合加工技术国产化的道路中对B轴动力刀架的研究意义重大。本文从车铣复合加工中心坐标变换的基本原理出发,在研究动力刀架位姿变化的基础上,研究并设计一种新型的B轴动力刀架,主要研究内容如下:1、研究B轴动力刀架运动轨迹的插补方法及机床坐标变换,结合D-H法建立其运动学数学模型,并进一步分析B轴动力刀架在工作过程中的实际受力情况,建立动力学模型,为动力刀架的设计提供理论基础。2、设计一种新型B轴动力刀架结构,实现车刀盘和铣削摆臂的一体化设计,且能安装刀具数量达到12把及以上,B轴在360°范围内回转,能在一次装夹中完成多种工艺的加工。刀架的主要技术指标达到并部分超过国内同类产品。3、利用MATALB软件对动力刀架给定工作下的运动轨迹进行仿真分析,从云图确定动力刀架的合理运动范围,联合ADAMS仿真分析软件完成运动学仿真分析,得到在加工时刀具的运动云图,验证动力刀架在加工过程中的位姿姿态和平稳性。进一步采用ANSYS workbench仿真分析软件对B轴进行仿真及优化分析,对分析后出现的薄弱环节进行加固处理,以提高机床的动态特性。4、为提高动力刀架的动态特性,需要分析直驱摆头力矩电机特性参数,利用MATLAB中Simulink仿真分析模块对力矩电机的起动过程建立仿真模型,结果验证交流力矩电机的相关参数符合刀架的设计要求。为分析不稳定负载和变化阻尼对系统的机电耦合振动特性的影响,进一步对动力刀架进行机电耦合振动特性研究,根据所建立的数学模型,完成动力刀架系统的机电耦合建模,仿真结果得出在0.1秒之内振动比较大,且负载的不稳定和阻尼的变化都会导致力矩电机的不稳定输出。为后续B轴动力刀架的研究奠定了基础。