NTL-RU6E数控成型机静动态特性分析与优化设计

• 作 者: 楚孔德
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 数控成型机 模态试验 动力学仿真 有限元分析 结构优化

本文以提高NTL-RU6E数控PCB成型机精度为研究目标,项目来源于南京大量数控设备公司。通过理论建模、多体动力学仿真、实验研究、有限元分析等多种方法,深入分析了该数控成型机的静动特性,并对其主要部件结构进行了优化设计。本文的主要内容如下:1.结合理论刚度建模和模态试验,建立了准确的直线导轨等效有限元模型。基于赫兹理论和弹性力学,建立了导轨刚度理论计算模型,并对其主要影响因素进行了分析。通过模态试验研究了滚动导轨结合面的动力学特性,采用分量分析法得到了导轨结合面的动力学特性参数,采用弹簧阻尼法建立了导轨有限元分析模型。2.利用ADAMS和ANSYS对成型机进行了刚柔耦合仿真及振动影响因素研究。首先,基于多体系统动力学理论,建立了成型机多刚体动力学仿真模型和刚柔耦合动力学仿真模型;然后,将成型机加速度测试结果作为驱动函数,对成型机进行了动力学仿真;最后,根据仿真结果,分析研究了影响成型机加工精度的主要因素。3.对成型机模型进行了静动态特性分析及其动态影响因素分析。分别对成型机进行了模态试验和有限元模态分析,验证了成型机有限元模型的准确性。通过频率响应分析,找到了对成型精度影响较大的结构固有频率。研究了花岗石材料及导轨刚度对成型机动态特性的影响,找到了影响加工精度的主要原因,为成型机优化提供了依据。4.对影响成型精度的主要零部件进行了优化设计研究。首先,运用Optistruct优化模块,对成型机有限元模型先后进行了拓扑优化和桥架的尺寸优化。然后,基于拓扑优化对主要部件重新进行了结构设计,确定了优化方案。验证结果表明,新结构不仅减轻了质量,还改善了成型机各方面性能,提高了加工精度。