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多轴器结构设计及其动力座三维模拟分析目录摘 要 .1ABSTRACT.2第 1 章 绪 论 .31.1 引言 .31.2 研究背景 .31.3 多轴器的概述 .41.3.1 多轴器简介 .41.3.2 多轴器的种类 .514 本章小结 .6第二章 多轴器的结构设计方案论证 .721 各种方案简述 .7211 方案一 .7212 方案二 .7213 方案三 .822 各种方案的比较 .923 本章小结 .10第三章 改进的万向式多轴器的结构设计及建模 .113.1 改进的万向式多轴器的结构 .113.2 改进的万向式多轴器的工作原理 .113.3 改进的万向式多轴器的工效计算 .113.4 多轴器齿轮传动系统的排布及计算 .143.5 改进的万向式多轴器的可弯曲组件设计 .163.6 本章小结 .17第四章 动力座的三维有限元分析及改进 .184.1 有限单元法的计算思路 .184.1.1 物体离散化 .184.1.2 单元特性分析 .184.1.3 单元组集 .184.1.4 求未知节点位移解有限元方程式得出节点位移 .184.2 ABAQUS 介绍 .194.3 有限元分析的实现 .194.4 动力座的静力有限元模拟分析 .194.4.1 有限元模型建立 .194.4.2 材料参数 .204.4.3 施加约束和载荷 .204.4.4 划分网格和计算求解 .214.4.5 查看云图 .224.5 结构改进分析 .234.6 本章小结 .24结论 .25参 考 文 献 .26致谢 .27普通钻床改造为多轴钻床(译文) .281摘 要多轴器是广泛应用于机械行业多孔零件的钻孔以及攻丝加工的普通钻床的特殊附件。装配有多轴器的普通钻床可以对多孔零件进行一次性加工,大大提高了零件的加工效率。因其加工能力强、价格低廉,越来越受到企业的欢迎。同时客户对于多轴器的个性化需求也越来越高,能够快速设计出客户需要的多轴器成为企业在竞争激烈的市场中占有一席之地的重要砝码。一台普通的钻床可以安装不同的多轴器来满足不同的加工需要,装上多轴器后就能一次性把几个乃至十几、二十几个孔或螺纹一次性加工出来,这样就大大提高了零件的加工精度与效率,为企业带来了很大的经济效益。在这次设计中,查阅了关于多轴器的一些书刊资料,对多轴器有了基本的认识。在这种情况下,结合所查阅到的资料,设计出了三种方案,并对这三种方案进行了相互比较,最后选定了第三种方案。方案选定后,随之对多轴器的传动系统做了设计和计算。齿轮传动机构布局无干涉计算算法解决了设计人员在平面内齿轮系快速挂接问题,从而可以使在齿轮传动机构重新设计的速度大幅度提高,同时为今后空间齿轮机构布局问题的研究奠定了理论基础。并且用强大的三维软件SOLIDWORK 对改进的万向式多轴器进行三建模。为实现有限元分析,本文对多轴器的动力座通过 ABAQUS 进行了有限元静力分析,使三维设计软件 SOLIDWORK 和有限元分析ABAQUS 软件无缝连接环境下进行导入计算分析受力分析,并得出应力分布云图等。通过结果云图对其动力座进行改进分析,最后通过加大加强筋的厚度使其强度得到提高。在文章的最后简明的介绍了做本次毕业设计的一些心得体会。关键词:多轴器 结构设计 有限元分析 ABAQUS SOLIDWORK2ABSTRACTThe multiaxial regulator is widely used in mechanical industry porous parts drilling and tapping processing ordinary drilling special accessories. The multiaxial device equipped with ordinary drilling machine can on porous parts one-time processing, greatly improving the parts processing efficiency. Because of its strong processing capability, cheap, more and more get the welcome of enterprises. While customers for the personalized needs of multiaxial device more and more is also high, can rapid design of a client needs multiaxial device to become the enterprise in the fierce competition in the market the important farmar occupies a place. A common drilling machine can install different multi-axis device to meet different processing need, mount multi-axis implement hind can one-time put several and even teens and more than 20 holes or threaded one-time machined out, thus greatly improved parts processing accuracy and efficiency, for enterprise brought great economic benefits. In this design, consult the multiaxial device about some books material, of multiaxial implement have a basic understanding. In this case, together with reference to the material, design out three schemes of the three schemes are compared each other, and finally picked the third way. Plan selected, then multiaxial device for the transmission system made design and calculation. The cog-wheel gearing layout without interference computing algorithm can solve the design personnel in the in-plane gear trains, thus rapid articulated can make in the cog-wheel gearing redesigned speed greatly raised, also for future space layout problems gear mechanism which lay a theoretical foundation for the research. And with powerful 3d software improvements to the universal type SOLIDWORK multiaxial implement three modeling. The finite element analysis, this paper for the realization of multiaxial device power seat with finite element method by ABAQUS static analysis, make 3d design software SOLIDWORK and finite element analysis ABAQUS software seamless connection environment into force analysis, calculation and analysis concluded and the stress distribution of convective etc. The results of its power seat cloud improved by strengthening analysis, finally the thickness of the reinforced its strength improved. At the end of the article simply introduces do this design graduate some attainment experience.Keywords:Mutil-axis device Structure designing Finite element analysis ABAQUS SOLIDWORK3第 1 章 绪 论1.1 引言经济全球化、一体化进程的不断加快促使全球买方市场的形成,企业在获得机会的同时,竞争也变得越来越激烈。在这种发展趋势下,一方面促使产品生产周期不断缩短,产品更新换代速度日益加快,企业的主要生产模式从传统的大批量生产向多品种小批量的的生产方式转变;另一方面客户对产品有个更高的要求。选择性、多样化、个性化成为了主流,同时客户对交货日期的要求也越来越高。在以交货快(Time) 、高质量(Quality) 、低成本(Cost)和重环保(Environment)去争取市场份额的市场竞争中,缩短交货期,快速响应客户需求,已经成为竞争的第一要素。在机械制造业中。随着生产的发展,对大批量生产的大型箱体,壳体等需多面多工序加工的复杂工件,其不同加工面上的多孔加工工序,多在专用机床,组合机床盈其生产线上来完成,钻孔加工在机械加工中是再普通不过的工序了。在中小批量的生产中 ,通常采用普通 立式钻床,一次钻一个孔,然后移位钻另一个孔。这种加工方法效率很低 ,而且孔的位置度难以保证。为了解决这一矛盾,我们设计了用于普通立式钻床的可调式多轴钻孔头在设备、 人力不增加的情况下,配上可调式多轴钻孔头,不仅可使加工效率成倍增加 ,而且加工精度及孔的位置度得到保证。而对于一些比较简单 工序少,生产批量又不大的中小工件来说,其多孔加工工序最适宜的加工方法是使用多轴钻头(下简称多轴钻或多轴头)。多轴钻是由钻床的主轴借助于中间传动机构带动若干工作轴回转的一种传动装置。使钻床由单刀切削转变为多刀切削,可实现用立钻床代替播臂钻床的多孔加工。灵活方便。能大大节省加工时问和辅助时问,提高劳动生产率 使加工件的孔位能够保证较高的位置精度。多轴钻在大厂应用较广。而在中小工厂由于受生产纲领等日素制约,对多轴钻的应用几乎还是空白,我院附属工厂虽规模较小,但它是集教学 科研 生产于一体的实习、试验,新产品研制基地。其产品存在着品种多、批量小 要求高的特点。根据该厂实际,近年来我们摸索出了一条广泛使用多轴钻的新路。多轴钻在应用中发挥着重要作用,一般可提高工效 36 倍,甚至十余倍,收到良好的使用效果和明显的经济效益。1.2 研究背景机床在这些企业中的运用很普及,选择一种高性能、高效率的机床是企业降低生产成本、提高企业竞争力的一种行之有效的途径。而钻床在机床的应用中占了很重的份量,普通的钻床在传统的加工设计中一般只有一个钻头,这样对零件加工效率就比较低,零件要求多孔加工时加工精度也不好把握,为了弥补以上的缺点而使钻床的功用更加突出,多轴钻孔器作为钻床的特殊附件就应用而生了。多轴钻孔器(multi-spindle tool)俗称多轴器、多孔钻或多轴头。是一种运用于机械领域钻孔、攻牙的机床设备。一台普通的多轴钻孔器只要配上普通的钻床就能一次把几个乃至十几二十个孔或螺纹一次性加工出来。如配上气压装置,可自动进行快进、工进(工退) 、快退、停止。多孔钻也称群钻,可用来钻孔或攻牙,一般型号可同时钻 2-16 孔,提升效率,固定机种轴数不拘,钻轴形式,尺寸大小可依客户之需进行设计加工。多轴钻孔器广泛应用于机械行业多孔零部件的钻孔及攻丝加工。如汽车、4摩托车多孔零部件:发动机箱体、铝铸件壳体、制动鼓、刹车盘、转向器、轮毂、差速壳、轴头、半轴、车桥等,泵类、阀类、液压元件、太阳能配件等等。多轴钻孔器可分为可调式和固定式两种规格,可调式多轴钻孔器在其加工范围内,其主轴的数量、主轴间的距离,相对可以任意调整,一次进给同时加工数孔。在其配合液压机床工作时,可自动进行快进、工进(工退) 、快退、停止.同单轴钻(攻丝)比较,工件加工精度高、工效快,可有效的节约投资方的人力、物力、财力。尤其机床的自动化大大减轻操作者的劳动强度。固定式多轴钻孔器采用单件(加工件)专机的设计方案,根据其加工件加工频率高、量大之原因,专门量身定制一件一机的设备,在其工作中勿须担心尺寸跑偏而伤脑筋。除用到常规的产品外,还可根据客户的特殊要求进行专项设计。多轴器广泛应用于机械行业多孔零件的钻孔及攻丝加工,在浙江的众多中小型企业的生产中发挥了很大的作用。随着多轴器在快速发展的机械产品市场得到了越来越广泛的应用,同时市场的开放性和全球化,促使多轴器生产设计的竞争日趋激烈。用户在追求高质量产品的同时,会更多地追求低廉的价格和较短交货期。这就要求企业改变传统的设计、生产和管理模式,最大限度地利用计算机辅助设计等手段,以提高产品的质量和性能,降低成本,并努力缩短交货期,同时还需要快速响应市场和适用用户的变化,利用有利时机迅速抢占市场。通过对浙江地区各中小型多轴器生产企业调研发现,绝大部分企业对多轴器的设计还停留在二维,甚至手工设计这种效率低下的水平,由于其串行的设计生产模式,后续的分析及数据处理都不能有效地融入到整个产品的开发设计中,从而使设计人员对多轴器的设计不能做出快速响应。总的来讲存在以下几个问题:由于缺乏先进的设计、分析方法与工具 (如参数化建模方法、三维建模软件与有限元分析软件的集成应用、分析和评价软件、参数化有限元分析方法以及多轴器性能测试装置等),新产品开发大多凭借直观经验和类比设计,往往需要反复试制才能定型,产品的开发周期大大提高,且产品质量难以保证。基于以上背景,本文主要研究内容如下:(1)分析多轴器的作用和特点;(2)多轴器方案的论证及选取(3)合理设计改进的万向式多轴器齿轮排布及传动系统快速布局计算;(齿轮排布)(4)用 SOLIDWORK 绘制相关二维和三维图;(5)对多轴器的动力座建立三维图,并用 ABAQUS 软件进行受力分析;(6)计算相关受力点并进行改进;1.3 多轴器的概述1.3.1 多轴器简介多轴器(Multi-spindle) ,也称为多轴动力头,是普通钻床的特殊附件,广泛应用于机械行业多孔零件的钻孔以及攻丝加工中,如下图 1-1 和图 2-2 所示。普通的钻床在传统的加工设计中一般只用单个钻头,这样的话加工多孔零件效率就比较低,加工精度也不好把握。多轴器的应用正好弥补了普通钻床在加工过程中的缺陷。一台普通的钻床可以安装不同的多轴器来满足不同的加工需要,装上多轴器后就能一次性把几个乃至十几、二十几个孔或螺纹一次性加工出来,这样就大大提高了零件的加工精度与效率,为企业带来了很大的经济效益。可调多轴器是利用齿轮配合万向接头所组成,调整距离非常方便不受齿5轮所限制,可节省调整的时间,亦没死角限制,操作快而方便,是可调整式中最容易操作使用的规格。固定型机种轴数不拘,钻轴型式尺寸大小可依客户之需要设计。大量生产高精密之产品,请使用固定型多轴器,外型小比活动型更耐用、更精确,并可减少调整加工孔距的时间,可避免因调整错误,以致产品损坏所受的损失。不同尺寸的钻头或不同牙距的丝攻均可同时加工。固定型加导孔板多轴器准确耐用,在更换工件时,有很多空间取付方便,不会受到冶具与模具之妨碍。图 1-1 多轴器在立式钻床中的应用图 1-2 多轴器在卧式钻床中的应用1.3.2 多轴器的种类随着科学的发展与技术的成熟,市面上的多轴器样式可谓五花八门,不仅美观新颖而且用途也越来越广。系列化的多轴器可分为:1按照多轴器外形可分:方形多轴器(Square Multi-spindle)和圆形多轴器6(Roundmulti-spindle) 。方形多轴器(如图 1-3 所示)在被加工零件上孔的布置成四边形或矩形的情况下用的比较广泛。圆形多轴器(如图 1-4 所示)则广泛运用于孔的布置成圆周形状的被加工件。2按多轴器可调性可分:可调式多轴器(Adjustable multi-spindle)与固定式多轴器(Fixed multi-spindle) 。可调式多轴器(如图 1-3,图 1-4 所示)的加工通用性比较好,它通过调整座的调整可以加工不同布置位置的孔。固定式多轴器(如图 1-5 所示)加工模式比较单一,但

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