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《西安建筑科技大学》 2013年
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数控转塔冲床伺服横梁的结构动力学分析及优化设计

郭艳君  
【摘要】:数控转塔冲床在制造加工业中得到广泛地应用,它用于板材的塑性成型加工,属于点位控制的机床,在中间行程中不进行加工。这种工作历程需要数控转塔冲床伺服送料机构上安装的驱动电机频繁地启动停止,如此造成数控转塔冲床在加工板材过程中产生了振动和噪音,降低了加工精度和机床的使用寿命。伺服横梁是数控转塔冲床伺服送料机构中结构尺寸最大的部件,其承载着加工板料并且支撑送料机构中其余的零部件,因此,伺服横梁动态性能的不稳定容易使伺服送料机构工作中产生振动,进而影响数控转塔冲床的加工精度,本论文将以数控转塔冲床伺服送料机构中的横梁结构为研究对象,展开对数控转塔冲床振动控制的研究。 本文针对数控转塔冲床在加工板材过程中产生振动的问题,对其伺服送料机构的横梁进行动态特性分析和结构优化设计。首先分析了数控转塔冲床伺服送料机构的送料过程,并对数控转塔冲床送料机构的伺服横梁进行振动状态监测,得出伺服横梁振动烈度最大时所处工况,然后在Solidworks里面建立伺服横梁三维模型,将其导入有限元分析软件ABAQUS里面,基于有限元分析方法和模态分析理论,对伺服横梁进行约束模态分析。在建立有限元模型时,对伺服横梁的结构进行了简化,保证有限元网格划分的质量。在建立边界约束条件时,精确地计算出直线滚动导轨副在X、Y、Z三个方向上的边界弹性刚度,它是实现伺服横梁和床身结合面弹性刚度参数设置的前提条件。在精确建立伺服横梁有限元模型的基础上,应用有限元分析软件中的求解器,通过子空间迭代的方法提取伺服横梁的前六阶固有频率和振型。最后基于以上建立的数控转塔冲床送料机构的伺服横梁的有限元模型及其模态分析结果,采用有限元结构优化设计和经验优化设计相结合的手段,对伺服横梁进行结构和尺寸优化,在满足伺服横梁静态刚性的前提下,提高其动态特性,使得伺服横梁的固有频率分布比较集中,避免了伺服驱动电机的激振频率,同时达到了减轻伺服横梁重量的目的。 通过对数控转塔冲床伺服送料机构的振动控制的研究,将伺服横梁的模态分析的结果与对其振动监测时伺服送料机构振动烈度最大时的伺服驱动电机的启动频率做比较,验证了数控转塔冲床送料机构的伺服横梁的三维及有限元建模、理论动态特性分析过程的正确性,说明注重改进机械结构的动态性能以提高数控转塔冲床的加工精度有着实际的应用价值。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TG659

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