数控加工中心工作台可靠性建模与分析

论文摘要

随着我国市场经济的飞速发展与综合国力的迅速增强,数控加工中心的市场需求越来越大。中国多家数控机床企业,纷纷研制出数控加工中心系统,希望打破国外的技术封锁,占领这一战略性产业的至高点,降低应用成本。工作台作为数控加工中心的主要功能部件,在实际生产中,由于存在加工误差,生产出的零件尺寸不可能完全相等,当尺寸在公差范围内变化时,零件之间的配合也会出现偏差。公差和偏差的存在使零件的精度和强度在加载和振动的情况下发生变化,影响工作台的可靠性水平。本文设计的VMC650加工中心工作台可靠性建模与分析软件,就是要模拟在实际生产过程中因为零件的加工误差不同而产生的可靠性问题。将不同尺寸的零件导入ANSYS软件中进行可靠性分析,最终得到加工误差对产品可靠度的影响,从而提出提高工作台的可靠性的合理化建议。主要工作分成如下四个部分：第一部分是VMC650加工中心工作台的参数化建模：建立工作台的参数化模型是对其进行有限元分析的基础。包括齿轮的参数化建模,蜗轮蜗杆的参数化建模,关键轴和轴承的参数化建模等,以及在布局文件中对各零件各参数的统一管理。第二部分是Pro/ENGINEER软件的二次开发：利用Pro/ENGINEER的高级开发工具包Pro/TOOLKIT对Pro/E软件界面进行二次开发,实现从外部导入关键参数驱动模型再生,以及随时查看再生后的装配图和零件图的功能。第三部分是使用有限元分析软件ANSYS对工作台的主要传动部件斜齿轮进行模态分析,并应用ANSYS的概率设计技术（PDS）对斜齿轮的可靠性及可靠性敏感度进行分析。第四部分是人机交互软件的设计：利用编程开发软件VC++编写一个能够实现数据导入和自由输入两种数据输入形式的界面。通过这个界面可以将数据自动导入到二次开发后Pro/ENGINEER系统中,在Pro/ENGINEER软件外部实现对三维模型中某些关键参数的控制,驱动参数化模型的再生。同时,通过这个界面能够直接调用ANSYS程序,查看模态分析以及可靠性分析的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及其研究意义
• 1.2 相关领域的研究现状
• 1.2.1 五轴联动加工中心的研究现状
• 1.2.2 机械可靠性研究现状
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 VMC650加工中心工作台参数化模型的建立
• 2.1 参数化模型建立的必要性及常用参数化建模软件简介
• 2.1.1 参数化模型建立的必要性
• 2.1.2 常用参数化建模软件简介
• 2.1.3 建立参数化模型的一般方法
• 2.2 VMC650加工中心工作台的基本结构与工作原理
• 2.2.1 常用数控回转工作台的基本结构及其工作原理
• 2.2.2 VMC650加工中心工作台的基本结构及其工作原理
• 2.3 工作台参数化模型的建立
• 2.3.1 工作台传动系统——斜齿轮的参数化建模
• 2.3.2 工作台传动系统——蜗轮蜗杆的参数化建模
• 2.3.3 关键零部件——轴的参数化建模
• 2.3.4 关键零部件——轴承的参数化建模
• 2.3.5 工作台外形部分的建模
• 2.3.6 工作台整体的装配
• 2.3.7 工作台整体的参数控制
• 第3章 Pro/ENGINEER的二次开发技术
• 3.1 Pro/TOOLKIT简介
• 3.2 Pro/TOOLKIT基础知识
• 3.2.1 对象句柄
• 3.2.2 常见的函数形式
• 3.2.3 函数的返回值
• 3.2.4 Pro/TOOLKIT应用程序模式
• 3.3 用VC开发Pro/TOOLIKIT应用程序
• 3.3.1 用VC创建Pro/TOOLKIT应用程序基本框架
• 3.3.2 Pro/TOOLKIT应用程序结构
• 3.3.3 Pro/TOOLKIT应用程序开发步骤
• 3.4 Pro/TOOLKIT应用程序在本系统中的应用
• 3.4.1 菜单设计技术
• 3.4.2 使用MFC的可视化对话框设计技术
• 第4章 VMC650加工中心工作台斜齿轮的模态分析
• 4.1 斜齿轮模态分析基础
• 4.1.1 模态分析基本理论
• 4.1.2 有限元模型建立方法
• 4.1.3 基于ANSYS进行模态分析的一般步骤
• 4.2 斜齿轮的模态分析
• 4.2.1 斜齿轮有限元模型的建立及模态分析
• 4.2.2 斜齿轮模态分析结果
• 第5章 VMC650加工中心工作台斜齿轮的共振可靠性分析
• 5.1 可靠性的基本概念
• 5.1.1 可靠性定义
• 5.1.2 可靠性的特征量
• 5.2 可靠性分析基本方法
• 5.2.1 Monte-Carlo模拟法
• 5.2.2 概率有限元法
• 5.2.3 ANSYS概率设计技术
• 5.3 工作台斜齿轮共振可靠性分析
• 5.3.1 共振问题的失效分析
• 5.3.2 斜齿轮共振失效范围
• 5.3.3 斜齿轮共振可靠性及灵敏度分析
• 第6章 VMC650加工中心工作台可靠性建模与分析软件的功能模块
• 6.1 工作台可靠性建模与分析软件主界面的功能概述
• 6.2 工作台可靠性建模与分析软件各功能模块介绍
• 6.2.1 参数输入功能模块
• 6.2.2 导入计算参数功能模块
• 6.2.3 产品装配体、三维零件模型功能模块
• 6.2.4 可靠性分析功能模块
• 6.2.5 配置功能模块
• 6.3 软件编写的关键问题
• 6.3.1 工作台可靠性建模与分析软件与Pro/E连接
• 6.3.2 工作台可靠性建模与分析软件与Pro/E数据传递
• 6.3.3 工作台可靠性建模与分析软件与ANSYS连接
• 6.3.4 基于Pro/E的三维模型导入ANSYS系统
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢