高速龙门加工中心电主轴用主轴箱静动态特性分析及优化研究
发布时间：2021-11-14 23:36
某公司在生产的机械主轴龙门加工中心的基础上,开发出的一款高速龙门加工中心（电主轴结构形式）,该机床的转速可达到18000～24000rpm,主要应用于高速切削,具有高速、高精度、高柔性、环保等特点,对机床的静动态特性有较高要求。本课题主要对该款高速龙门加工中心主轴箱部件进行静动态特性分析和结构优化（拓扑优化）,对提高主轴箱的静刚度和结构的固有频率,减轻机床部件的重量具有重要意义。（1）对高速龙门加工中心电主轴用主轴箱的静动态特性研究的背景、意义及当前的国内外研究现状进行了整理和归纳,并对本文的主要研究内容和研究思路进行梳理,为后续的研究指明了方向,奠定了基础。（2）对原主轴箱的静态特性进行了分析。简要介绍有限元方法和静力学基本理论,为利用Ansys Workbench对主轴箱进行静动态特性分析打下理论基础。利用有限元软件对主轴箱的静力学特性进行了分析。结果显示静力变形及结构应力较大,需对原主轴箱部件进行拓扑优化和参数优化。优化的同时,还需要保证静刚度不降低的情况下,尽量提高结构的低阶固有频率,因此仍需对主轴箱进行动态特性分析。（3）对原主轴箱的动态特性进行了计算与分析。总结了利用有限元...
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１整机结构图
高速龙门加工中心电主轴用主轴箱静动态特性分析及优化研宄?第二章机床结构及主轴筘静态特性分析??机床的位置精度参数如表２－２所示：??表２－２机床的位置精度??名称?单?位参数??Ｘ轴（定位精度／重复定位精度）?ｍｍ?０．０１２／０．００８??Ｙ轴（定位精度／重复定位精度）?ｍｍ?０．０１２／０．００８??Ｚ轴（定位精度／重复定位精度）?ｍｍ?０．０１２／０．００８??２．２机床整体结构??本课题研宄和改造的电主轴用主轴箱应用的高速龙门加工中心整机结构如图２－１??所示。??主轴箱部＜?浦部件??讀，－，入：??图２－１整机结构图?图２－２机床坐标图??该机床使用龙门框架固定，利用工作台移动的结构形式。床身固定于地基丨：，工??作台沿床身导轨作前后运动（Ｘ轴）。横梁的立柱紧阀的连接在床身上，滑鞍沿横梁??导轨进行左右运动（Ｙ轴）。主轴箱沿滑鞍导轨作上卜运动（Ｚ轴）。三个进给轴按笛??卡尔坐标系定义，如图２－２所示。??本机床左侧安装有刀库，右侧安装有悬挂式操作台，并配有电子手轮。床身导轨??及横梁导轨均配有导轨防护罩，以保护导轨及丝杠。床身的两侧均配有螺旋排屑器，??通过螺旋排屑器将机床加工产生铁屑导入位于机床前侧的链板排屑器屮，最终输送至??积屑小车。机床立柱左侧刀库下方放置液压站、左后侧放置水冷机、右后侧放置电气??７??
高速龙门加工中心电主轴用主轴箱静动态特性分析及优化研究?第二章机床结构及主轴箱静态特性分析??在上述有限元法和静力学分析基本理论的基础上，对主轴箱静力学状态进行分析。??２．６．１主轴系统有限元模型??本文使用Ｐｒｏ－Ｅ软件，所建立的主轴箱的三维几何模型如图２－３所示。??Ｉ?Ｉ?：：：?麵??ｊｉｌ?■??Ｉ顆??图２－３主轴箱三维模型?图２－４主轴箱的网格划分示意图??２．６．２网格划分??研宄中，使用了?ＡＮＳＹＳ软件中自带的ｍｅｓｈｉｎｇ功能，对以上的有限元模型做了??Ｎ格划分，结果如图２－４所示。考虑到网格划分的太稀疏将导致计算结果的不精确，??而网格划分的太过密集又会使得计算量成百上千倍的增加｜４４１。因此在划分网格的过程??中，采取了整体较为粗略的划分方式，但是对于一些重要部位和工作过程中易发生损??坏的部位进行了加密处理。这样既可以保证整体网格的数量控制在可以接受的范围内??部，又能对重点部位和易发生损伤的区域进行详细的分析｜４５１。??２．６．３主轴系统约束与载荷??按照主轴箱刚度较弱的工况位置分析，上滑块距离上端面１００ｍｍ（如上图所示），??按照主轴箱部件实际受力及约束进行模拟，在丝杆螺母座处限制上下移动，在滑块面??处限制各个方向移动、导轨与滑块之间采用不分离接触关系（ＮＯ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）。在主??轴端面处施加远程载荷，前后方向和左右方向分别为２０００Ｎ，施加最大扭矩为１５０Ｎｍ。??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]立式加工中心动力学分析及结构优化研究[J]. 罗和平,汲军,杨赫然,穆士博. 重型机械. 2018(01)
[2]数控车床主轴静动态特性研究[J]. 卢强,左锋,朱军. 金属加工(冷加工). 2018(01)
[3]基于cRIO的铣齿机主轴箱试验台测控系统设计[J]. 陈科安,陈捷,洪荣晶,艾真伟. 组合机床与自动化加工技术. 2017(02)
[4]C630车床主轴箱静力分析[J]. 李磊,李健. 机械研究与应用. 2016(06)
[5]基于拓扑优化的TBT深孔钻床主轴箱轻量化设计[J]. 冯鹏升,薄瑞峰,鲁岩,沈兴全. 组合机床与自动化加工技术. 2016(11)
[6]基于ANSYS的数控镗铣床主轴箱模态分析及拓扑优化[J]. 罗生梅,王晓龙. 机械制造. 2016(10)
[7]基于模态和灵敏度的主轴箱有限元分析与优化设计[J]. 李健,徐敏,张宝. 组合机床与自动化加工技术. 2016(10)
[8]基于拓扑优化的高速加工中心主轴箱动态特性优化设计[J]. 石云,韩涛. 金属加工(冷加工). 2016(14)
[9]磨床工件系统结构动态特性分析与优化[J]. 蒋红琰,孙齐. 起重运输机械. 2016(02)
[10]机床螺栓联接结构的静动态优化设计[J]. 马雅丽,张霄,申会鹏,龚振,冯潇. 组合机床与自动化加工技术. 2016(02)
博士论文
[1]机床运动链及其零件的结构设计方法研究[D]. 申会鹏.大连理工大学 2017
硕士论文
[1]基于可穿戴设备Oculus的沉浸式虚拟车削仿真系统的研发[D]. 成腾.北京交通大学 2017
[2]液力变矩器辊铆机的设计与研究[D]. 杨宇龙.陕西科技大学 2017
[3]TH6920滑枕挠曲变形的耦合补偿研究[D]. 陆历历.苏州大学 2017
[4]管筒形件内腔电解加工机床设计与分析[D]. 常丹丹.合肥工业大学 2017
[5]63HA卧式加工中心性能分析与结构优化[D]. 党建华.宁波大学 2016
[6]SZJY-6数控镗铣床关键件的特性分析及拓扑优化设计[D]. 王晓龙.兰州理工大学 2016
[7]卧式曲轴端面加工中心结构的设计与研究[D]. 项秉乐.浙江工业大学 2016
[8]基于动态特性分析的机床主轴箱装配故障诊断研究[D]. 李凯旋.北京交通大学 2016
[9]栓接固定结合面建模与动态特性研究[D]. 于亮.哈尔滨理工大学 2016
[10]重型数控龙门加工中心横梁结构可靠性优化设计及软件开发[D]. 刘朋辉.电子科技大学 2016
本文编号：3495581
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１整机结构图
高速龙门加工中心电主轴用主轴箱静动态特性分析及优化研宄?第二章机床结构及主轴筘静态特性分析??机床的位置精度参数如表２－２所示：??表２－２机床的位置精度??名称?单?位参数??Ｘ轴（定位精度／重复定位精度）?ｍｍ?０．０１２／０．００８??Ｙ轴（定位精度／重复定位精度）?ｍｍ?０．０１２／０．００８??Ｚ轴（定位精度／重复定位精度）?ｍｍ?０．０１２／０．００８??２．２机床整体结构??本课题研宄和改造的电主轴用主轴箱应用的高速龙门加工中心整机结构如图２－１??所示。??主轴箱部＜?浦部件??讀，－，入：??图２－１整机结构图?图２－２机床坐标图??该机床使用龙门框架固定，利用工作台移动的结构形式。床身固定于地基丨：，工??作台沿床身导轨作前后运动（Ｘ轴）。横梁的立柱紧阀的连接在床身上，滑鞍沿横梁??导轨进行左右运动（Ｙ轴）。主轴箱沿滑鞍导轨作上卜运动（Ｚ轴）。三个进给轴按笛??卡尔坐标系定义，如图２－２所示。??本机床左侧安装有刀库，右侧安装有悬挂式操作台，并配有电子手轮。床身导轨??及横梁导轨均配有导轨防护罩，以保护导轨及丝杠。床身的两侧均配有螺旋排屑器，??通过螺旋排屑器将机床加工产生铁屑导入位于机床前侧的链板排屑器屮，最终输送至??积屑小车。机床立柱左侧刀库下方放置液压站、左后侧放置水冷机、右后侧放置电气??７??
高速龙门加工中心电主轴用主轴箱静动态特性分析及优化研究?第二章机床结构及主轴箱静态特性分析??在上述有限元法和静力学分析基本理论的基础上，对主轴箱静力学状态进行分析。??２．６．１主轴系统有限元模型??本文使用Ｐｒｏ－Ｅ软件，所建立的主轴箱的三维几何模型如图２－３所示。??Ｉ?Ｉ?：：：?麵??ｊｉｌ?■??Ｉ顆??图２－３主轴箱三维模型?图２－４主轴箱的网格划分示意图??２．６．２网格划分??研宄中，使用了?ＡＮＳＹＳ软件中自带的ｍｅｓｈｉｎｇ功能，对以上的有限元模型做了??Ｎ格划分，结果如图２－４所示。考虑到网格划分的太稀疏将导致计算结果的不精确，??而网格划分的太过密集又会使得计算量成百上千倍的增加｜４４１。因此在划分网格的过程??中，采取了整体较为粗略的划分方式，但是对于一些重要部位和工作过程中易发生损??坏的部位进行了加密处理。这样既可以保证整体网格的数量控制在可以接受的范围内??部，又能对重点部位和易发生损伤的区域进行详细的分析｜４５１。??２．６．３主轴系统约束与载荷??按照主轴箱刚度较弱的工况位置分析，上滑块距离上端面１００ｍｍ（如上图所示），??按照主轴箱部件实际受力及约束进行模拟，在丝杆螺母座处限制上下移动，在滑块面??处限制各个方向移动、导轨与滑块之间采用不分离接触关系（ＮＯ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）。在主??轴端面处施加远程载荷，前后方向和左右方向分别为２０００Ｎ，施加最大扭矩为１５０Ｎｍ。??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]立式加工中心动力学分析及结构优化研究[J]. 罗和平,汲军,杨赫然,穆士博. 重型机械. 2018(01)
[2]数控车床主轴静动态特性研究[J]. 卢强,左锋,朱军. 金属加工(冷加工). 2018(01)
[3]基于cRIO的铣齿机主轴箱试验台测控系统设计[J]. 陈科安,陈捷,洪荣晶,艾真伟. 组合机床与自动化加工技术. 2017(02)
[4]C630车床主轴箱静力分析[J]. 李磊,李健. 机械研究与应用. 2016(06)
[5]基于拓扑优化的TBT深孔钻床主轴箱轻量化设计[J]. 冯鹏升,薄瑞峰,鲁岩,沈兴全. 组合机床与自动化加工技术. 2016(11)
[6]基于ANSYS的数控镗铣床主轴箱模态分析及拓扑优化[J]. 罗生梅,王晓龙. 机械制造. 2016(10)
[7]基于模态和灵敏度的主轴箱有限元分析与优化设计[J]. 李健,徐敏,张宝. 组合机床与自动化加工技术. 2016(10)
[8]基于拓扑优化的高速加工中心主轴箱动态特性优化设计[J]. 石云,韩涛. 金属加工(冷加工). 2016(14)
[9]磨床工件系统结构动态特性分析与优化[J]. 蒋红琰,孙齐. 起重运输机械. 2016(02)
[10]机床螺栓联接结构的静动态优化设计[J]. 马雅丽,张霄,申会鹏,龚振,冯潇. 组合机床与自动化加工技术. 2016(02)
博士论文
[1]机床运动链及其零件的结构设计方法研究[D]. 申会鹏.大连理工大学 2017
硕士论文
[1]基于可穿戴设备Oculus的沉浸式虚拟车削仿真系统的研发[D]. 成腾.北京交通大学 2017
[2]液力变矩器辊铆机的设计与研究[D]. 杨宇龙.陕西科技大学 2017
[3]TH6920滑枕挠曲变形的耦合补偿研究[D]. 陆历历.苏州大学 2017
[4]管筒形件内腔电解加工机床设计与分析[D]. 常丹丹.合肥工业大学 2017
[5]63HA卧式加工中心性能分析与结构优化[D]. 党建华.宁波大学 2016
[6]SZJY-6数控镗铣床关键件的特性分析及拓扑优化设计[D]. 王晓龙.兰州理工大学 2016
[7]卧式曲轴端面加工中心结构的设计与研究[D]. 项秉乐.浙江工业大学 2016
[8]基于动态特性分析的机床主轴箱装配故障诊断研究[D]. 李凯旋.北京交通大学 2016
[9]栓接固定结合面建模与动态特性研究[D]. 于亮.哈尔滨理工大学 2016
[10]重型数控龙门加工中心横梁结构可靠性优化设计及软件开发[D]. 刘朋辉.电子科技大学 2016
本文编号：3495581
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