筒体开孔机结构分析与优化设计

论文摘要

随着化工业的进一步发展，特别是大型炼化厂对压力容器上所加工的法兰焊接坡口要求越来越高，如果采用传统的数控镗床进行加工，平坡口时完全可以满足要求，但是加工结构应力较好的马鞍形坡口时，普通的数控机床要想加工就要在主轴上安装附具（平旋盘）来完成，不光结构复杂而且加工质量难以保证，本课题所研究的筒体开孔机（SDA—01型镗孔机）是专门用于加工压力容器上法兰焊接坡口的专机，其具有加工可靠、价格相对数控镗床便宜等特点，由于是第一代机床，难免存在一些问题，因此本课题对筒体开孔机结构分析与优化设计对其进一步的推广具有重要的意义。本课题对筒体开孔机主要结构进行了分析并提出相应的优化方案，通过分析主运动传动原理，设计出用于支撑电机的支撑架，避免因电机过重导致滑枕尾部上翘，影响筒体开孔机的轴向进给，又结合实际加工出现的问题，提出了新的径向进给机构，将步进电机从主轴尾部前置在新滑座内，省去了较难加工的径向传动轴，同时解决了筒体开孔机径向润滑不利及安装调试困难等问题，然后通过分析轴向进给系统，将滑枕作为主轴组件重量减轻的目标，最后对筒体开孔机电气系统进行分析，重点介绍机床所采用的复合插补系统，本文还以轴向进给系统分析结果为基础，利用ANSYS软件对主轴与滑枕进行静、动态性能分析，同时参照现有机床的滑枕结构，对滑枕进行优化设计。本课题针对性的解决了第一代机床所存在的一些不足，使筒体开孔机（SDA—01型镗孔机）运行更加稳定、可靠，同时为第二代机床的研发打下良好的基础，相信优化后的筒体开孔机将具有更为广阔的市场。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 专用机床国内外生产现状
• 1.2.2 有限元方法发展概况
• 1.3 本课题研究内容
• 第2章 筒体开孔机的结构与性能
• 2.1 筒体开孔机结构
• 2.1.1 Pro/ENGINEER 简介
• 2.1.2 筒体开孔机三维建模
• 2.1.3 筒体开孔机结构概述
• 2.1.4 筒体开孔机加工布局图
• 2.1.5 筒体开孔机主要参数
• 2.2 筒体开孔机控制方式
• 2.3 筒体开孔机操作方式
• 2.3.1 筒体开孔机操作面板简介
• 2.3.2 筒体开孔机操作界面
• 2.3.3 筒体开孔机具体操作方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 筒体开孔机主要结构性能分析
• 3.1 结构原理分析
• 3.1.1 主传动结构原理分析
• 3.1.2 径向传动结构原理分析
• 3.1.3 轴向传动结构原理分析
• 3.1.4 调节机构结构原理分析
• 3.2 主要零件结构尺寸
• 3.2.1 主轴结构尺寸
• 3.2.2 滑枕结构尺寸
• 3.3 电气系统分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 径向进给传动系统二次设计
• 4.1 传动方案确定
• 4.2 主要元器件型号及参数
• 4.3 改进型径向传动原理与结构
• 4.4 新径向传动系统结构特点
• 4.5 本章小结
• 第5章 筒体开孔机主要零件静、动态性能分析及优化
• 5.1 ANSYS 软件简介
• 5.1.1 ANSYS 11.0 的组成
• 5.1.2 ANSYS 11.0 的技术特点
• 5.1.3 ANSYS 11.0 的新功能
• 5.2 单元类型选择
• 5.3 材料属性
• 5.4 主轴结构分析与优化
• 5.4.1 主轴结构建模
• 5.4.2 主轴静态性能分析
• 5.4.3 主轴动态性能分析
• 5.5 滑枕结构分析与优化设计
• 5.5.1 滑枕结构建模
• 5.5.2 滑枕静态性能分析
• 5.5.3 滑枕动态性能分析
• 5.5.4 滑枕结构的优化设计
• 5.6 本章小结
• 第6章 新筒体开孔机结构简介
• 6.1 新筒体开孔机三维建模
• 6.2 新筒体开孔机结构概述
• 6.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文