机床主轴优化设计研究

发布时间：2017-04-27 17:11

  本文关键词：机床主轴优化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：龙门镗床万能铣头中的主轴部件是数控机床的重要部件之一，它直接参与切削加工，对机床的加工精度、表面质量和生产率影响很大。随着现代技术的不断发展，人们对数控机床主轴部件提出了更高的要求：宽转速范围、高精度、高刚度、振动小、变形小、噪声低，而且要求具有良好的抵抗受迫振动和自激振动的能力。所以数控机床主轴部件的性能研究就具有十分重要的理论意义和现实意义。 本文是在研究某机床集团有限公司生产的GMC2000龙门镗床的基础上形成的。主要内容包括：建立机床主轴部件及其配件的有限元计算模型，精确模拟模型的边界条件、约束条件及外力载荷等，并对主轴部件进行静动态性能分析，基于ANSYS软件对主轴进行优化设计，比较优化前后主轴的性能；根据设计经验和主轴的优化设计结果，分析并取得主轴各尺寸最可能的区间，结合正交试验设计方法，在改变主轴各尺寸的情况下，分析主轴的静动态性能，进而得到主轴各尺寸的最优组合，，比较最优尺寸组成的主轴和原主轴的性能；根据正交试验分析得到不同尺寸组合情况下的主轴静动态性能，利用响应面方法分别得到与挠度、强度和模态相关的性能函数，利用得到的性能函数，综合考虑影响主轴性能的不确定性因素，对主轴进行可靠性优化设计，分析优化后的主轴和原主轴的性能；综合比较三种方法的优化设计结果可知：考虑不确定性的优化设计更能以实际情况为依据提高主轴的性能。
【关键词】：主轴 有限元 正交试验 响应面 优化设计
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TG502
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题背景9-11
• 1.2 万能铣头简介11-12
• 1.3 机床主轴简介及国内外研究状况12-14
• 1.3.1 机床主轴简介12
• 1.3.2 机床主轴国内外研究状况12-14
• 1.4 方法简介14-16
• 1.4.1 试验设计简介14-15
• 1.4.2 考虑不确定性的优化设计简介15-16
• 1.5 课题研究内容及意义16-18
• 第二章 基本理论18-39
• 2.1 有限元方法简介18-22
• 2.1.1 有限元方法的基本原理18
• 2.1.2 弹性力学的基本原理18-21
• 2.1.2.1 平衡方程(应力-外力)19-20
• 2.1.2.2 几何方程(应变-位移)20
• 2.1.2.3 物理方程(应力-应变)20-21
• 2.1.3 静力变形的有限元分析21-22
• 2.2 正交试验设计基本理论22-34
• 2.2.1 正交表相关基本概念23-26
• 2.2.1.1 完全对23
• 2.2.1.2 完全有序对23-24
• 2.2.1.3 有限域24-25
• 2.2.1.4 正交性25-26
• 2.2.2 正交表的分类26-28
• 2.2.3 正交表的原理28-31
• 2.2.4 L_km~n(m~k )正交表的构造及特点31-32
• 2.2.5 正交试验设计步骤32-34
• 2.2.5.1 设计正交试验方案32-33
• 2.2.5.2 正交试验33
• 2.2.5.3 计算和分析试验结果33
• 2.2.5.4 验证试验33-34
• 2.3 可靠性优化设计34-38
• 2.3.1 考虑随机变量的可靠性分析34-37
• 2.3.2 考虑随机变量的可靠性优化设计37
• 2.3.3 考虑随机变量和区间变量的可靠性优化设计37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 主轴的有限元分析及优化设计39-56
• 3.1 主轴和轴承的分析计算39-44
• 3.1.1 主轴与轴承的三维结构图39
• 3.1.2 切削力计算公式39-40
• 3.1.3 铣刀受力分析40-42
• 3.1.4 轴承简化及计算42-44
• 3.2 主轴有限元分析44-48
• 3.2.1 单元类型的选择44-46
• 3.2.2 建立主轴数值模型46-48
• 3.2.3 边界条件的建立48
• 3.3 有限元分析计算及结果48-51
• 3.3.1 主轴的静力学分析48-50
• 3.3.2 主轴的模态分析50-51
• 3.4 基于 ANSYS 的主轴优化设计51-55
• 3.4.1 主轴优化设计的数学模型52
• 3.4.2 主轴的参数化建模52-54
• 3.4.3 基于 ANSYS 的主轴优化结果及比较54-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第四章 主轴的正交试验设计56-70
• 4.1 主轴的正交试验设计56-60
• 4.2 主轴的正交试验数据处理60-69
• 4.2.2 各因素对指标的影响分析表61-64
• 4.2.3 优选方案的确定64-69
• 4.3 基于正交试验的主轴性能与旧主轴的比较69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 考虑随机变量和区间变量的主轴优化设计70-84
• 5.1 主轴性能函数拟合70-79
• 5.1.1 响应面法简介70-71
• 5.1.2 拟合数据补充71-73
• 5.1.3 主轴性能函数拟合73-79
• 5.2 考虑随机变量和区间变量的主轴优化设计及比较79-81
• 5.2.1 考虑随机变量和区间变量的主轴优化设计79-81
• 5.2.2 优化前后主轴的性能比较81
• 5.3 三种优化结果比较81-83
• 5.4 本章小结83-84
• 第六章 总结和展望84-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-90
• 攻硕期间取得的成果90-91

【参考文献】

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本文编号：331033