工艺参数对机床主轴轴承寿命影响研究

发布时间：2020-08-13 07:52

【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ANSYS Workbench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ANSYS Workbench计算了不同工艺参数对主轴轴承寿命的影响;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。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH133.3
【图文】：

结构图,刀柄,结构图,主轴

图 2. 2 切削力分解示意图床设计手册，切削力cF 与各分力之间的关系为：(0.35 0.40)(0.20 0.30)(1.00 1.20)z cy cx cF FF FF F 矩和切削力之间的关系为：032 10cF dT 为铣刀直径，mm；T 为主轴扭矩， N m。3 所示为本文主轴所选刀柄的平面结构图，型号为 BT40，刀柄所配的立式m，主轴最大扭矩maxT 47.8N m，带入式(2-4)得圆周铣削力max19cF 铣削分力较大经验值max573.6NyF ，max2294.4NxF ，max764.8NzF 轴轴线，由此可得主轴径向力2 2max2418.5NR x zF F F 。yF 与主轴轴max max573.6NA yF F 。

角接触球轴承,三维模型

南京航空航天大学硕士学位论文表 3. 5 压缩空气流量与强制热对流散热功率关系 30 36 42 48 58.62 65.09 70.49 76.53 态热仿真承 7014C 为研究对象，其主要尺寸参数如表 3.倒圆角的结构对计算结果影响甚小，为简化网格动体和其接触面（内圈外表面和外圈内表面）的可以忽略不计，因此本研究在建模的时候，去化著称，在目前三维造型领域有着广泛的应用三维模型如图 3. 4 所示。

模型图,轴承,模型,轴承钢

图 3. 5 导入到 ANSYS 后的轴承模型动体均采用轴承钢 GCr15 制造，该材料在进行相 ANSYS Workbench 软件的自有材料数据库中没属性。通过查阅相关工程材料文献可知，GC 0.3，密度 ρ=7830kg/m3。其热导率、热膨胀系数表 3. 6 GCr15 轴承钢的热特性参数100 200 300 ） 41.0 41.1 41.6 12.3×10-612.76×10-613.44×10-613

【参考文献】