XK713数控铣床关键部件的静动态特性分析

论文摘要

机床零部件的动力学性能分析是机床设计工作的一项重要内容。通过对机床结构的固有特性和动力响应进行测试和分析,可有效避免振动的产生、提高机床的加工精度。某研究所正在试制XK713型数控铣床,要求对该型铣床关键部件进行静动态性能分析。本文以XK713数控铣床为研究对象,采用有限元计算和试验分析的方法,对该型机床结构静动态特性进行研究,找出存在的问题,为该型铣床的动力学研究及优化设计提供理论上的依据。首先运用有限元理论和采用有限元分析软件MSC.Nastran对数控铣床的主要部件进行有限元分析:对数控铣床的铣刀主轴进行静力分析、模态分析、临界转速分析、频率响应分析、研究主轴共振、加工精度分析。通过分析,可以了解在铣削径向力载荷下,主轴的最大变形量和最大应力;主轴的固有频率和振型;在工作转速下是否发生共振;频率响应分析为加工精度分析提供依据。主轴箱、立柱、整机的有限元模态分析可初步确定铣床的薄弱模态。其次对数控铣床进行固有频率测试:通过空运转试验、切削试验获取数控铣床的动态特性参数。对数控铣床的铣刀主轴有限元分析显示:在铣削径向力载荷下,主轴的安全系数足够;主轴在工作转速时不会发生共振;主轴的工作转速大大低于临界转速;主轴的径向响应位移在一定程度上反映了数控铣床的加工精度。主轴箱、立柱、整机的有限元模态分析显示:铣床的薄弱结构是立柱,立柱刚度直接影响机床的整体刚度。切削试验与空转试验显示:机床固有振动是由系统回转件不平衡引起的,试验所得的两个低阶频率与XK713数控机床整机有限元分析建模所得的数据在同一数量级,在一定程度上验证了所建立的有限元模型与实际情况基本相符。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 1.3.1 研究对象
• 1.3.2 论文的工作内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 主轴静动态特性的有限元分析
• 2.1 有限元简介
• 2.1.1 有限元法的基本概念
• 2.1.2 MSC.Patran
• 2.1.3 MSC.Nastran 介绍
• 2.2 主轴静态特性的有限元分析
• 2.2.1 主轴有限元分析模型的建立
• 2.2.2 定义边界约束条件
• 2.2.3 加载及求解
• 2.2.4 结论
• 2.3 主轴动态特性的有限元分析
• 2.3.1 模态分析的基本理论
• 2.3.2 主轴的模态分析
• 2.3.3 临界转速分析
• 2.3.4 主轴的动力响应分析
• 2.3.5 加工精度分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 主轴箱及立柱的有限元模态分析
• 3.1 主轴箱的模态分析
• 3.1.1 建立有限元分析模型
• 3.1.2 加载及求解
• 3.1.3 结果分析
• 3.2 立柱的模态分析
• 3.2.1 建立模型
• 3.2.2 加载及求解
• 3.2.3 结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 XK713 数控铣床整机静动态特性的有限元分析
• 4.1 建模
• 4.2 整机的模态分析
• 4.2.1 加载及求解
• 4.2.2 结果分析
• 4.3 整机静力分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 XK713 数控铣床固有频率测试
• 5.1 动态特性测试的目的及意义
• 5.2 机械结构动力学建模方法
• 5.3 试验模态分析技术及模态参数识别
• 5.4 振动测试系统的组成
• 5.5 XK713 数控铣床固有频率测试
• 5.5.1 概述
• 5.5.2 数控铣床空运转试验
• 5.5.3 数控铣床切削试验
• 5.5.4 试验与理论对比
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢