电主轴拉刀机构试验系统研制及状态监测方法研究
发布时间：2021-02-06 11:37
数控机床作为一种复杂的机电液复合设备,其技术水平、研制难度是一个国家综合国力的体现。目前国产高端数控机床可靠性水平与国外品牌相比差距较大,成为限制其发展的技术瓶颈。电主轴作为数控机床的关键功能部件,是影响数控机床整机可靠性的主要因素。而拉刀机构是电主轴中的关键部件,主要起着刀柄的拉紧和松开功能。拉刀机构的状态好坏是影响电主轴可靠性及机床的加工水平的重要因素。目前,开展拉刀机构的试验系统研制和状态监测研究的内容很少,尚未有较成熟的拉刀机构试验系统和状态监测试验方面的研究内容。为此,本文将从这两方面展开研究,搭建针对拉刀机构的试验系统,并根据相关理论分析,应用试验系统开展拉刀机构的状态监测及健康状态评估的研究。论文的主要研究内容如下:1.拉刀机构试验系统研制。明确试验系统的功能需求,制定拉刀机构试验系统的总体设计方案,包括机械结构方案,控制方案、状态监测方案。针对试验系统的机械结构,完成组成部件的结构设计、强度分析、选型优化等工作;针对控制系统,完成控制电路设计和PLC控制程序的开发等工作;针对状态监测平台,主要分析了监测过程,为后续监测平台的开发提供基础。2.拉刀机构主要监测部位研究。通...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
试验系统结构方案设计图
吉林大学硕士学位论文12图2.6立柱设计图及尺寸图立柱底座加工有通孔，可与地平铁通过螺栓连接，底座上平面焊接三角肋板，以增加立柱的强度及刚度，底座下平面和竖直连接面经机械加工，具有良好的表面粗糙度以及平面度，确保与地平铁平面保持良好接触。为了减轻整体质量，立柱的柱体部分内部采用中空形式，壁厚为30mm，壁面上铸造出长条肋板以增加立柱刚度。柱体表面上加工有两排M12的螺纹孔，用于和主轴抱夹机构连接，此外，根据被试件尺寸的不同，可以灵活将其安装在立柱的不同高度位置。螺纹孔上可以安装吊耳，便于进行装配及运输。2）立柱强度分析为确保立柱结构设计合理，需对其进行强度及刚度分析。计算得出电主轴及抱夹机构的质量约为300，即立柱需承受的径向载荷为294，由于被承载部分的回转轴线与立柱轴线不同轴，产生了XY平面内的倾覆力矩，承载部分安装中心高为170，经计算可得倾覆力矩大小约为500。本文采用ANSYSWORKBENCH对立柱进行有限元分析[57]。有限元建模步骤如下：1）将立柱的CATIA三维建模导入ANSYSWORKBENCH中，并添加材料属性；2）选用六面体单元进行网格划分，对部件添加约束与载荷，将立柱的底面设置为固定约束，对柱体表面螺纹孔施加轴向力和倾覆力矩载荷。3）进行后处理，输出应力云图和位移云图。有限元分析结果如下图2.7所示。
吉林大学硕士学位论文12图2.6立柱设计图及尺寸图立柱底座加工有通孔，可与地平铁通过螺栓连接，底座上平面焊接三角肋板，以增加立柱的强度及刚度，底座下平面和竖直连接面经机械加工，具有良好的表面粗糙度以及平面度，确保与地平铁平面保持良好接触。为了减轻整体质量，立柱的柱体部分内部采用中空形式，壁厚为30mm，壁面上铸造出长条肋板以增加立柱刚度。柱体表面上加工有两排M12的螺纹孔，用于和主轴抱夹机构连接，此外，根据被试件尺寸的不同，可以灵活将其安装在立柱的不同高度位置。螺纹孔上可以安装吊耳，便于进行装配及运输。2）立柱强度分析为确保立柱结构设计合理，需对其进行强度及刚度分析。计算得出电主轴及抱夹机构的质量约为300，即立柱需承受的径向载荷为294，由于被承载部分的回转轴线与立柱轴线不同轴，产生了XY平面内的倾覆力矩，承载部分安装中心高为170，经计算可得倾覆力矩大小约为500。本文采用ANSYSWORKBENCH对立柱进行有限元分析[57]。有限元建模步骤如下：1）将立柱的CATIA三维建模导入ANSYSWORKBENCH中，并添加材料属性；2）选用六面体单元进行网格划分，对部件添加约束与载荷，将立柱的底面设置为固定约束，对柱体表面螺纹孔施加轴向力和倾覆力矩载荷。3）进行后处理，输出应力云图和位移云图。有限元分析结果如下图2.7所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种机械结合面贴合率检测技术研究[J]. 江晖,徐东鸣,王立朋. 机床与液压. 2017(02)
[2]拉刀机构对机床主轴热变形的影响[J]. 王战中,孙少华,石朋龙,钱振奇. 机械设计与制造. 2016(07)
[3]主轴松拉刀机构的优化设计[J]. 金正,何晓聪,李坤. 机电一体化. 2016(04)
[4]基于层次分析-模糊综合评价法的桥梁火灾风险评估体系[J]. 孙博,肖汝诚. 同济大学学报(自然科学版). 2015(11)
[5]铣头式加工中心自动松拉刀实验装置的结构设计[J]. 陈秀梅. 机床与液压. 2015(16)
[6]基于数据包络的松拉刀机构故障模式风险分析[J]. 王志琼,申桂香,张英芝,谷东伟,张立敏. 华南理工大学学报(自然科学版). 2015(07)
[7]电主轴中自动松拉刀机构测试系统的研究[J]. 杨庆东,孙再富,陈秀梅. 机械设计与制造. 2014(01)
[8]气液增压式浮动松拉刀机构设计研究[J]. 谢政平,郑秀宏,李锻能. 金属加工(冷加工). 2014(01)
[9]数控机床可靠性技术的研究进展[J]. 杨兆军,陈传海,陈菲,李国发. 机械工程学报. 2013(20)
[10]XKA715C数控床身铣床拉刀机构故障分析[J]. 李红兴,刘楠,朱高强. 金属加工(冷加工). 2013(17)
博士论文
[1]基于过程监测的滚珠丝杠硬旋铣关键技术研究[D]. 倪寿勇.南京理工大学 2016
硕士论文
[1]光栅线位移传感器可靠性试验过程状态监测及故障诊断[D]. 周诗金.吉林大学 2019
[2]基于支持向量机的加工中心主轴系统状态监测技术研究[D]. 董精华.吉林大学 2017
[3]高速电主轴轴承油气润滑试验研究[D]. 郝婷.哈尔滨工业大学 2016
[4]基于电磁加载技术的高速精密电主轴试验平台的研究[D]. 王美娟.西南交通大学 2016
[5]动力伺服刀架状态监测系统研制[D]. 马帅.吉林大学 2015
[6]链式刀库可靠性试验与状态监测系统研制[D]. 石靖楠.吉林大学 2015
[7]基于LabVIEW的电主轴状态监测系统研制[D]. 杨川贵.吉林大学 2015
本文编号：3020545
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
试验系统结构方案设计图
吉林大学硕士学位论文12图2.6立柱设计图及尺寸图立柱底座加工有通孔，可与地平铁通过螺栓连接，底座上平面焊接三角肋板，以增加立柱的强度及刚度，底座下平面和竖直连接面经机械加工，具有良好的表面粗糙度以及平面度，确保与地平铁平面保持良好接触。为了减轻整体质量，立柱的柱体部分内部采用中空形式，壁厚为30mm，壁面上铸造出长条肋板以增加立柱刚度。柱体表面上加工有两排M12的螺纹孔，用于和主轴抱夹机构连接，此外，根据被试件尺寸的不同，可以灵活将其安装在立柱的不同高度位置。螺纹孔上可以安装吊耳，便于进行装配及运输。2）立柱强度分析为确保立柱结构设计合理，需对其进行强度及刚度分析。计算得出电主轴及抱夹机构的质量约为300，即立柱需承受的径向载荷为294，由于被承载部分的回转轴线与立柱轴线不同轴，产生了XY平面内的倾覆力矩，承载部分安装中心高为170，经计算可得倾覆力矩大小约为500。本文采用ANSYSWORKBENCH对立柱进行有限元分析[57]。有限元建模步骤如下：1）将立柱的CATIA三维建模导入ANSYSWORKBENCH中，并添加材料属性；2）选用六面体单元进行网格划分，对部件添加约束与载荷，将立柱的底面设置为固定约束，对柱体表面螺纹孔施加轴向力和倾覆力矩载荷。3）进行后处理，输出应力云图和位移云图。有限元分析结果如下图2.7所示。
吉林大学硕士学位论文12图2.6立柱设计图及尺寸图立柱底座加工有通孔，可与地平铁通过螺栓连接，底座上平面焊接三角肋板，以增加立柱的强度及刚度，底座下平面和竖直连接面经机械加工，具有良好的表面粗糙度以及平面度，确保与地平铁平面保持良好接触。为了减轻整体质量，立柱的柱体部分内部采用中空形式，壁厚为30mm，壁面上铸造出长条肋板以增加立柱刚度。柱体表面上加工有两排M12的螺纹孔，用于和主轴抱夹机构连接，此外，根据被试件尺寸的不同，可以灵活将其安装在立柱的不同高度位置。螺纹孔上可以安装吊耳，便于进行装配及运输。2）立柱强度分析为确保立柱结构设计合理，需对其进行强度及刚度分析。计算得出电主轴及抱夹机构的质量约为300，即立柱需承受的径向载荷为294，由于被承载部分的回转轴线与立柱轴线不同轴，产生了XY平面内的倾覆力矩，承载部分安装中心高为170，经计算可得倾覆力矩大小约为500。本文采用ANSYSWORKBENCH对立柱进行有限元分析[57]。有限元建模步骤如下：1）将立柱的CATIA三维建模导入ANSYSWORKBENCH中，并添加材料属性；2）选用六面体单元进行网格划分，对部件添加约束与载荷，将立柱的底面设置为固定约束，对柱体表面螺纹孔施加轴向力和倾覆力矩载荷。3）进行后处理，输出应力云图和位移云图。有限元分析结果如下图2.7所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种机械结合面贴合率检测技术研究[J]. 江晖,徐东鸣,王立朋. 机床与液压. 2017(02)
[2]拉刀机构对机床主轴热变形的影响[J]. 王战中,孙少华,石朋龙,钱振奇. 机械设计与制造. 2016(07)
[3]主轴松拉刀机构的优化设计[J]. 金正,何晓聪,李坤. 机电一体化. 2016(04)
[4]基于层次分析-模糊综合评价法的桥梁火灾风险评估体系[J]. 孙博,肖汝诚. 同济大学学报(自然科学版). 2015(11)
[5]铣头式加工中心自动松拉刀实验装置的结构设计[J]. 陈秀梅. 机床与液压. 2015(16)
[6]基于数据包络的松拉刀机构故障模式风险分析[J]. 王志琼,申桂香,张英芝,谷东伟,张立敏. 华南理工大学学报(自然科学版). 2015(07)
[7]电主轴中自动松拉刀机构测试系统的研究[J]. 杨庆东,孙再富,陈秀梅. 机械设计与制造. 2014(01)
[8]气液增压式浮动松拉刀机构设计研究[J]. 谢政平,郑秀宏,李锻能. 金属加工(冷加工). 2014(01)
[9]数控机床可靠性技术的研究进展[J]. 杨兆军,陈传海,陈菲,李国发. 机械工程学报. 2013(20)
[10]XKA715C数控床身铣床拉刀机构故障分析[J]. 李红兴,刘楠,朱高强. 金属加工(冷加工). 2013(17)
博士论文
[1]基于过程监测的滚珠丝杠硬旋铣关键技术研究[D]. 倪寿勇.南京理工大学 2016
硕士论文
[1]光栅线位移传感器可靠性试验过程状态监测及故障诊断[D]. 周诗金.吉林大学 2019
[2]基于支持向量机的加工中心主轴系统状态监测技术研究[D]. 董精华.吉林大学 2017
[3]高速电主轴轴承油气润滑试验研究[D]. 郝婷.哈尔滨工业大学 2016
[4]基于电磁加载技术的高速精密电主轴试验平台的研究[D]. 王美娟.西南交通大学 2016
[5]动力伺服刀架状态监测系统研制[D]. 马帅.吉林大学 2015
[6]链式刀库可靠性试验与状态监测系统研制[D]. 石靖楠.吉林大学 2015
[7]基于LabVIEW的电主轴状态监测系统研制[D]. 杨川贵.吉林大学 2015
本文编号：3020545
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