蜂窩材料數(shù)控超聲波機床結構優(yōu)化設計.pdf

1、由于NOMEX蜂窩材料所具有的特性,使得其在航空、航天領域應用越來越廣泛。但是在蜂窩材料制成之后,如何進行高效率的切削加工一直困擾著各大飛機制造商。
　　目前,國內企業(yè)仍主要采用傳統(tǒng)金屬切削方法來加工蜂窩材料,該方法的缺點有:加工設備體積大、成本高,加工出的工件表面質量差,加工后粉塵多,環(huán)保性不好。為此,一些國有大型企業(yè)引進了由GFM公司生產的US-50型六軸超聲波切割機床。該機床的核心是超聲波切割技術,在國外蜂窩材料加工中獲得了

2、廣泛的應用。
　　超聲切割技術的應用已有20多年的歷史,超聲波切割技術在蜂窩材料加工中的優(yōu)點有:切削力小,加工表面質量高、加工效率高、切屑連續(xù)完整、無粉塵等。歐美的各大飛機制造廠和航空復合材料的研發(fā)、生產企業(yè)都已廣泛采用超聲波切割設備應用于生產。然而在國內,這一技術仍處于初期應用階段。為了實現(xiàn)超聲波切割技術在傳統(tǒng)加工設備中的應用,本文對五軸加工中心引入超聲波切割技術,利用超聲波切割蜂窩材料時切削力要比傳統(tǒng)加工小這一特性,對五軸加工

3、中心進行輕量化設計。
　　本文的主要工作及創(chuàng)新點主要如下:
　　第一章介紹了NOMEX蜂窩材料的發(fā)展及其特點,由于其結構的特殊性,使得蜂窩材料與普通復合材料的加工有所不同。本文列舉了幾種傳統(tǒng)蜂窩材料加工方法,并詳細介紹了國外加工蜂窩材料的主流技術——超聲波切割技術,分析了超聲波切割技術的優(yōu)點。
　　第二章介紹了超聲波切割機床的總體布局,選擇由江蘇新瑞重工科技有限公司生產的機床XH2725/5X龍門加工中心為優(yōu)化目標;分

4、析了超聲波切割主軸的結構以及擺動機構,實現(xiàn) A/C雙擺角擺動,并對超聲波切割聲學系統(tǒng)進行了理論設計;設計了一種超聲波切割刀恒扭矩裝配裝置,該裝置能夠實現(xiàn)超聲波圓形刀恒扭矩換刀。
　　第三章介紹了龍門加工中心的相關技術數(shù)據(jù),對整機建立三維模型以及有限元模型;對普通切削蜂窩材料切削力的理論值進行了計算,并用該數(shù)值對加工中心整機進行靜力分析,計算靜剛度;對加工中心進行模態(tài)分析、諧響應分析,為后續(xù)的優(yōu)化提供依據(jù)。
　　第四章分別對五

5、軸加工中心的主軸箱、滑枕、橫梁、立柱等關鍵零部件進行靜力分析和動態(tài)分析。從靜力分析中找出結構位移較大的點,利用應力分布云圖確定應力集中的位置;從動態(tài)分析所得振型圖分析零部件的變形,為后續(xù)的優(yōu)化提供依據(jù)。
　　第五章分別對主軸箱、橫梁和立柱進行結構優(yōu)化。主軸箱效仿動物骨骼內部結構的設計、橫梁依據(jù)房屋拱形結構設計、利用圓的曲率支撐來提高立柱的支撐性能。此外,橫梁和立柱采用靈敏度分析方法,確定筋板結構靈敏因子,優(yōu)化靈敏參數(shù),達到提高機床