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新型PCB数控钻床的动力学分析与研究

作　者: 张冬冬
导　师: 张均富
学　校: 西华大学
专　业: 机械电子工程
关键词: PCB数控钻床动力学仿真拓扑优化
分类号: TG527
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 22次
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内容摘要

随着PCB行业的迅速发展，PCB板上孔的密集度在不断增长，因而对PCB数控钻床的钻孔的精度和效率有了更高的要求。如何提高PCB钻床的定位精度、钻孔精度以及加工效率问题是一项挑战性的课题。本文以D26C系列数控钻床为对象，对机床的动静特性进行分析，以此为基础提出了提高机床钻孔精度的措施和方法。其主要内容包括一下几个方面：（1）PCB数控钻床X轴的动静特性分析。根据机床现有结构，建立了PCB数控钻床的数字化模型，进而获得机床X轴上各运动零部件的质量和转动惯量。以此为基础，应用机械动力学理论建立了PCB数控钻床X轴的动力学模型，并获得了PCB数控钻床X轴的振动位移、速度、加速度。最后分析了PCB数控钻床X轴的进给误差影响因素。（2）PCB钻床中下钻机构的动力学仿真分析。应用ADAMS软件建立了PCB数控钻床Z轴的多刚体动力学模型和刚柔混合模型，对PCB钻床中下钻机构进行动力学分析和仿真。探讨了PCB钻床中Z轴的运动误差影响因素，以此为基础提出了提高PCB钻床Z轴运动精度的措施，完成了机床下钻机构重要零部件的结构重设计。通过对下钻机构重要零部件的改进减小了钻头在下钻过程中的误差，提高了钻孔精度。最后应用ANSYS软件对改进后的零部件结构进行瞬态动力学仿真，验证其结构的合理性。（3）主轴支撑板的结构拓扑优化设计。运用结构拓扑优化理论，以结构柔顺度小、惯性小为目标建立了X轴上主轴支撑板的拓扑优化模型，在ANSYS软件中实现了支撑板结构的拓扑优化。运用ANSYS软件对优化后的支撑板进行了静力学分析，并运用ADAMS软件对X轴的运动进行了多体系统进行动力学仿真，以此验证了改进结构对提高机床运动精度的可行性。本文通过对PCB数控钻床的动静特性进行分析与研究，其研究成果为PCB数控钻床的结构重新设计提供了理论基础，为提高PCB数控钻床钻孔精度提供了有效途径。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
1 绪论  9-13
  1.1 PCB 数控钻床的发展现状和主要趋势  9-10
  1.2 国内 PCB 数控钻床发展的主要问题  10
  1.3 目前 PCB 数控钻床的主要研究方向  10-11
  1.4 本论文内容上的安排以及研究的主要意义  11-13
2 X 轴方向上传动系统的动力学建模与分析  13-36
  2.1 PCB 数控钻床的主要结构  13
  2.2 X 轴方向上传动系统的主要结构  13-16
    2.2.1 X 轴方向上传动系统三维模型的建立  14-15
    2.2.2 X 轴方向上传动系统的精度分析  15-16
  2.3 X 轴方向上动力学模型的建立与分析  16-30
    2.3.1 X 轴方向上传动系统的动力学模型  17-19
    2.3.2 X 轴方向上传动系统数学模型的建立  19-26
    2.3.3 动力学模型参数  26-29
    2.3.4 固有频率和主振型  29-30
  2.4 系统动力学的 Matlab/simulink 仿真  30-35
    2.4.1 将微分方程转化为状态空间模型  30-31
    2.4.2 系统的 Simulink 仿真分析  31-35
  2.5 本章小结  35-36
3 PCB 数控钻床下钻系统的动力学建模与分析  36-56
  3.1 概述  36
  3.2 ADAMS 软件和多体系统动力学  36-37
    3.2.1 ADAMS 软件概述  36-37
    3.2.2 多体系统动力学  37
  3.3 PCB 数控钻床下钻系统的实体建模  37-39
  3.4 下钻机构多刚体动力学建模和仿真  39-44
    3.4.1 机械系统动力学方程的建立  39
    3.4.2 基于 ADAMS 软件的下钻机构多刚体动力学建模与仿真  39-44
  3.5 下钻机构刚柔混合建模与分析  44-48
    3.5.1 多柔体系统动力学方程  44-45
    3.5.2 ANSYS 与 ADAMS 软件联合建模  45-47
    3.5.3 刚柔混合模型的仿真与分析  47-48
  3.6 下钻机构关键零件结构的改进和动力学仿真  48-55
    3.6.1 空气静压轴承的使用和连接杆的改进  48-50
    3.6.2 改进后下钻机构的动力学仿真与分析  50-52
    3.6.3 基于 ANSYS 软件的调心轴瞬态动力学分析  52-55
  3.7 本章小结  55-56
4 PCB 数控钻床支撑板的结构优化  56-64
  4.1 优化设计和拓扑优化  56
  4.2 ANSYS 拓扑优化的步骤  56-57
  4.3 钻床支撑板的 ANSYS 拓扑优化  57-60
  4.4 钻床支撑板的结构改进和静力分析  60-63
    4.4.1 支撑板结构的改进  60-61
    4.4.2 支撑板结构的 ANSYS 静力学分析  61-63
  4.5 本章小结  63-64
5 结论和展望  64-66
  5.1 本文工作总结  64-65
  5.2 本文存在的问题  65
  5.3 展望  65-66
参考文献  66-69
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  69-70
致谢  70-71

新型PCB数控钻床的动力学分析与研究

内容摘要

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