經濟型雕刻機結構分析及優(yōu)化.pdf

1、近年來數控加工技術日趨成熟，雕刻機作為類似銑床的一種機床單獨發(fā)展開來，其不但需要保證像機床加工過程中的精度、效率及穩(wěn)定性等條件，同時還要兼顧藝術設計，廣泛應用于廣告、印刷、裝飾首飾制品等行業(yè)，國內外也出現了許多生產制造雕刻機的企業(yè)，但總體來看中小型雕刻機價格普遍偏高，能滿足加工性能要求同時價格低廉的雕刻機有著廣泛需求。
　　針對上述需求本文研究了一種經濟型雕刻機，首先根據運動分配設計了兩套結構方案，利用ANSYS軟件對兩種雕刻機的

2、整體結構做了靜動態(tài)特性分析，選定龍門式雕刻機結構方案作為最終總體方案，針對靜動態(tài)仿真分析結果對雕刻機重要結構參數進行了優(yōu)化設計，并進行靜動態(tài)特性仿真分析，與原結構尺寸參數進行了性能對比，以提高加工過程中的精度及穩(wěn)定性，雕刻機主要尺寸參數優(yōu)化確定后利用ADAMS軟件對雕刻機進行了運動學仿真研究，最后通過雕刻機實驗設備進行加工實驗驗證運動學仿真軌跡，同時驗證了本文所研究的經濟型雕刻機的可行性及可靠性，具體研究內容及結論如下:
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3、)通過對不同運動功能分配方案對比，設計出龍門式和工作臺移動式兩種雕刻機總體方案布局，并初步確定雕刻機主要尺寸參數及運動動力參數，之后分別對兩種雕刻機結構的主傳動系統(tǒng)和進給傳動系統(tǒng)布局及其部件進行設計，同時對這兩種雕刻機方案設計不同的電主軸支撐部件，將兩種雕刻機結構方案布局細化并利用Pro/E軟件建立三維模型，最后介紹雕刻機的控制系統(tǒng)和工作原理。
　　(2)通過ANSYS軟件對龍門式和工作臺移動式雕刻機結構進行了靜力分析，發(fā)現兩種雕

4、刻機結構變形均小于0.1mm，兩種結構等效應力最大的位置都是在Y方向下端導軌與Z方向支撐部件的連接處;對兩種雕刻機結構進行自由模態(tài)及工作模態(tài)分析，二者都避開了電主軸的工作頻率，不會產生共振，從振型圖得出二者主要的變形都是立柱支撐結構，但工作臺移動式結構在雕刻機工作時工作臺也會產生較大變形。通過對兩種雕刻機結構的靜動態(tài)特性對比，決定選用龍門式雕刻機結構以便提高工作過程的穩(wěn)定性。
　　(3)對雕刻機結構靜動態(tài)性能分析發(fā)現雕刻機結構變形

5、量最大的位置在電主軸支撐部件，等效應力最大位置在Y方向導軌上以及整體結構工作模態(tài)下固有頻率較低，針對此情況對雕刻機主要結構參數進行優(yōu)化。分別研究了龍門支撐部件高度(H)、Y方向導軌部件寬度(W)、電主軸支撐部件長度(L)及厚度(D)四個因素（每個因素取三個值）研究對雕刻機整體結構的靜動態(tài)性能影響，得到最終得到優(yōu)化后的龍門式雕刻機的主要結構參數如下:龍門支撐部件高度取250mm，Y方向導軌及滑塊寬度取280mm，電主軸支撐部件長度取130