高速立式加工中心主轴箱静动态性能研究.pdf

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1、陛西料技大学论文题目：高速立式加工中心主轴箱静动态性能研究申请学位学科：工学所学学科专业：机械制造及其自动化培养单位；机电工程学院硕士生：陆君导师：文怀兴教授2011年5月THEST厶汀ICANDDYNAMICPERFoRⅣ【ANCESTUDYoFHIGHSPEEDVERTICALSPINDLEBoXAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterof壁銎gi望堡曼￡i壁g．Thesis(orDissert

2、ation)Supervisor：ProfessorWenhuaixina一一●■■■■■●■■■■■■■■■●■●●■■■■■●■■■●■■■■■■■●●May,2011高速立式加工中心主轴箱静动态性能研究摘要高速加工中心的高切削速度、高进给速度和高加工精度已成为国内机床领域的发展方向。“高速立式加工中心"成为“高档数控机床与基础制造装备"科技重大专项中优先支持的项目，是国家中长期科学和技术发展规划的目标。研究加工中心的工作性能(良好的静态性能和动态特性)对提高机床的安全和精度有重要的指导作用，主轴箱直接影响主轴系统甚至整个机床的加工性能，为此，对高速加工中心主轴箱等基础部件进行

3、静、动态性能的研究已成为设计的必要环节。所采用的方法也可以应用在其他部件和整机的性能分析中，为提高机床整体性能提供了技术支持。本文首先介绍了课题的研究背景及主轴系统国内外的发展状况和静、动态特性研究水平，对主要基础结构部件主轴箱进行拓扑设计并进行了受力分析；其次，介绍了主轴系统的工作原理，在相同工况下对不同设计方案进行力学分析，最后对结构进行优化分析。根据设计要求建立新的主轴箱三维有限元模型，按照主轴箱的运动方式、固定方法对有限元模型的自由度进行约束，采用有限元软件自定义的单元、网格进行模拟。通过静力分析，模态分析，谐响应特性分析，敏感度分析等得到主轴箱在特定载荷工况下的静刚度值、

4、动刚度值、固有频率以及相应的振型等理论数值，为高速加工中心的设计提供了可靠的理论依据。将有限元分析的结果与机床设计要求进行对比，并参考相关的设计经验对模型进行了局部改进。利用Pro／E优化设计模块，通过敏感度分析将参数化设计变量进行筛选，找出影响设计目标的主要设计变量，删除不合理尺寸区间，避免错误的发生、减少分析时间、提高优化速度和准确性，为实现主轴箱最优化设计奠定了基础。利用软件Pro／ENGINEER建立主轴箱虚拟样机系统，并导入ADAMS中进行运动仿真与振动分析。通过分析结果显示出了构件各结点在工作过程中的试验数据，对主轴系统的运动参数进行修正后，将主轴箱替换为柔性体，完成振

5、动分析，得出主轴箱在主轴系统中的振动受连接刚度及阻尼的影响，因此对其进行有效的调节可提高产品的质量。再次对主轴箱改进前和改进后的主轴系统进行分析，可明显看出改进后的主轴箱在主轴系统中的频率提高，可避免共振的发生，调整各连接刚度可提高系统的稳定性。关键词：主轴箱，敏感度，静态分析，动态分析，优化设计，虚拟样机ⅡTHESTATICANDDYNAMICPERFoR剐LANCESTUDYoFHIGHSPEEDVERTICALSPINDLEBoXABSTRACTChina’Smachineindustrieshavefocuseddevelopmentonimprovingthehigh-s

6、peedcutting，feedrate，andprecisionofmachiningcenters．111ehi曲一speedverticalmachiningcenterhasbecomeapriority—supportedprojectinthemajortechnologyprojects“high—endCNCmachinetoolsandbasicmanufacturingequipment'’．Itispartofthegoalforchina’Snationalmidandlongtermscienceandtechnologydevelopmentplan．T

7、hemachiningcenterrequiresnotonlygoodstaticperformance，butalsogooddynamiccharacteristics．Forthisreason，thestaticanddynamicperformancestudyofhigh-speedmachiningcenterWaSconducted．111eheadstockandothermajorinfrastructurecomponentsdirectlya