数控车床主轴系统动态特性分析与试验研究

论文摘要

机床日益朝着高速度和高精度的方向发展,这对机床的设计提出了更高的要求,需要采用更加先进和合理的设计方法来完成机床设计。本文主要是对现有数控车床(天津天大精益数控技术有限公司生产TDNC320数控车床)主轴系统的动态性能进行研究,为进一步进行动态设计打基础。首先总结了机床、动态设计方法研究和机床主轴动态研究的发展状况和发展趋势,在总结前人研究成果的基础上,结合当前的技术发展趋势,本文决定利用虚拟样机技术和数学建模的方法来进行研究;进行了主轴系统的激励试验,得到固有频率,并将其结果同有限元结果和传递矩阵法的结果作了对比,试验结果表明理论分析和试验结果吻合较好,本文的方法是有效可行的,能够用于机床主轴部件动态性能的初步分析。对轴承的刚度问题进行了研究,轴承的刚度是开展性能研究的基础,本文中利用轴承静刚度的计算公式,计算出支承刚度。然后进行了主轴系统的数学建模分析,论述了传递矩阵法的原理和步骤,同时利用传递矩阵法对主轴系统进行了分析,得到了主轴系统的固有频率;简要论述了有限元动力学分析的基本求解过程,建立了主轴系统的有限元模型,合理的确定了载荷、轴承支承刚度和约束条件,选定了单元类型。进行了模态分析,得到主轴的固有频率和振型。最后进行了主轴合理跨距的计算以及跨距对主轴动态性能的影响和支承刚度改变对主轴性能的影响的模态分析。试验结果表明理论分析和试验结果吻合较好,本文的方法是有效可行的,能够用于机床主轴部件动态性能的初步分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 数控车床简介
• 1.2 动态设计简介
• 1.3 国内外研究状况
• 1.3.1 数控机床主轴转速现状
• 1.3.2 数控机床主轴性能研究概况
• 1.4 车床主轴系统动态特性测量方法综述
• 1.4.1 激光测振仪测量
• 1.4.2 电涡流传感器测量
• 1.4.3 传统振动实验
• 1.5 课题来源和研究内容
• 第二章 主轴的有限元分析
• 2.1 有限元简介及ANSYS 软件应用
• 2.1.1 有限元法简介
• 2.1.2 ANSYS 软件应用
• 2.2 主轴有限元分析模型
• 2.2.1 有限元模型建立
• 2.2.2 单元类型选择和网格划分
• 2.3 主轴动态特性有限元分析
• 2.3.1 ANSYS 的模态分析
• 2.3.2 分析结果
• 2.3.3 临界转速的分析
• 2.4 本章小结
• 第四章 主轴的试验研究
• 4.1 试验模态分析的概述
• 4.2 试验模态分析基础
• 4.2.1 试验模态分析理论
• 4.2.2 模态参数识别
• 4.2.3 固有频率的影响因素
• 4.3 锤击法测量电主轴系统的固有频率
• 4.3.1 引言
• 4.3.2 激励方式
• 4.3.3 试验结构的支撑方式
• 4.3.4 激励装置
• 4.3.5 测量部分
• 4.3.6 激励点及测点的布置
• 4.4 试验方案
• 4.4.1 实验主要设备
• 4.4.2 试验方法选定
• 4.5 试验结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 主轴数据分析和动态优化设计
• 5.1 分析数据
• 5.2 提高支承刚度
• 5.3 主轴跨距的分析
• 5.4 不同跨距下主轴的有限元分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢