工艺参数对机床主轴轴承寿命影响研究

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1、中图分类号：TH132论文编号：102870518-S133学科分类号：080203硕士学位论文工艺参数对机床主轴轴承寿命影响研究研究生姓名杨阳学科、专业机械设计及理论研究方向机械传动技术指导教师朱如鹏教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringResearchontheInfluenceofTechnologicalParametersontheLife

2、ofMachineToolSpindleBearingAThesisinMechanicalEngineeringbyYangYangAdvisedbyProfessorZhuRupengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机

3、构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要轴承是决定机床主轴系统刚度和工作精度的关键部件。在数控机床性能已确定时，选择最优的机床加工工艺参数组合能够有效改善主轴轴承的运行工况，提升轴承寿命。本文以机床主轴轴承为研究对象，开展了不同工艺参数下主轴轴承温升特性和疲劳寿命的研究，并针对主轴轴承寿命进行了工艺参数优化。首先，分析了主轴轴承的失效形式，讨论了温度和切削力对轴承

4、疲劳寿命的影响，给出了机床主轴轴承疲劳寿命预测方法；根据切削力与切削深度、切削速度、进给速度等加工工艺参数的力学模型，结合机床主轴的受力分析，建立了加工工艺参数与主轴轴承的疲劳寿命之间的关系。其次，基于热力学和传热学的理论，对主轴轴承的生热和传热进行了分析；采用有限元软件ANSYSWorkbench对主轴轴承的温度场进行了仿真分析，研究得出不同工况下主轴轴承温度的稳态分布；在机械主轴轴承温度特性试验台上开展了主轴轴承温升试验研究，对比分析了试验结果与有限元仿真结果。再次，基于名义应力法，运用有限元分析软件ANSYSWorkbench计算了不同工艺参数对主轴轴承寿命的影

5、响；在轴承稳态热分析的基础上，综合考虑温度、载荷等因素，得到了热-应力耦合作用下的主轴轴承疲劳寿命，并对有限元结果进行了分析。最后，以进给量、切削速度和切削深度这三个工艺参数为优化变量，以切削力、主轴扭矩、切削功率和加工条件为约束，基于MATLAB平台，采用遗传算法，对考虑主轴轴承寿命的单目标优化模型、考虑主轴轴承寿命与切削效率的多目标优化模型、考虑主轴轴承寿命与单位能耗的多目标优化模型进行寻优求解。优化所得结果对工艺人员选取加工工艺参数有着一定的指导作用。关键词：工艺参数，主轴轴承，疲劳寿命，热-应力耦合，ANSYSWorkbench，遗传算法，优化I工艺参数对机床

6、主轴轴承寿命影响研究ABSTRACTBearingisthekeycomponentthatdeterminethestiffnessandaccuracyofthespindlesystemofamachinetool.WhentheCNCmachinetoolperformancehasbeendetermined,theoptimalcombinationofmachiningparameterscaneffectivelyimprovetheoperatingconditionsofthespindlebearings,enhancethebearinglif

7、e,andensurethespindlerunsstablyforalongertime.Withthemachinetoolspindlebearingastheresearchobject,theresearchcontentsmainlyconsisttheanalysisoftemperaturecharacteristicsandfatiguelifeofspindlebearingunderdifferenttechnologicalparametersandstudyontheoptimizationoftheprocessparam