数控机床高速电主轴结构设计及性能分析

论文摘要

高速加工是以大幅度提高切削速度来达到提高生产率、加工精度、加工质量和降低成本的现代制造技术。在现代制造技术中,高速切削技术已成为一个不可阻挡的发展潮流。高速机床是实现高速切削的首要条件,而高速电主轴是高速机床的核心部件,因而对高速电主轴单元的动静态特性进行分析,优化结构设计,对提高高速机床性能有十分重要意义。本文运用ANSYS软件,用有限元分析法对高速电主轴的动静态特性进行了研究分析.具体包括:1.通过对结构设计中一些关键性的技术问题(如轴承选型、动平衡设计、几何精度设计、主轴单元结构参数静态估算等)的解决,完成电主轴结构设计。2.对高速电主轴单元典型工艺参数下主轴所受切削力、主轴轴承静刚度、主轴单元主要结构参数和高速电主轴单元临界转速等参数进行了静态估算。3.对高速电主轴进行二维静态和三维动态有限元建模,经ANSYS计算,得出了电主轴的静刚度;获得了电主轴的模态和谐响应特性;研究了电主轴的固有频率、振型和临界转速;并对高转速下,主轴在前端、后端、轴承所在的四个位置以及主轴转子中部位置所发生的最大动态位移进行了分析计算,验证了主轴结构设计的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和主要内容
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题主要技术指标
• 1.1.3 课题研究的主要内容
• 1.2 高速切削发展的历史背景及理论基础
• 1.3 高速加工技术及现状
• 1.3.1 高速加工概述
• 1.3.2 高速切削的忧点
• 1.3.3 高速切削技术发展现状
• 1.4 高速电主轴发展及现状
• 1.4.1 高速电主轴概述
• 1.4.2 高速电主轴技术的发展及现状
• 1.4.3 主轴单元结构形式研究的发展
• 1.5 高速主轴动静态特性的研究现状
• 1.6 本章小结
• 第二章 高速电主轴结构设计
• 2.1 高速电主轴动平衡设计
• 2.2 高速电主轴轴上零件无键联结
• 2.2.1 为什么要采取无键联结
• 2.2.2 轴芯与轴上零件过盈量的计算
• 2.3 高速电主轴单元结构参数静态估算
• 2.3.1 高速电主轴单元结构静态估算的内容与目的
• 2.3.2 典型工艺参数下主轴所受切削力的计算
• 2.3.3 主轴轴承静刚度的计算
• 2.3.4 主轴单元主要结构参数确定及刚度验算
• 2.3.5 高速电主轴单元临界转速的核算
• 2.4 高速电主轴单元几何精度设计
• 2.4.1 主轴轴承精度对主轴前端精度影响
• 2.4.2 本课题主轴组件的精度设计
• 2.4.3 本课题主轴组件轴承安装要求
• 2.5 本章小结
• 第三章 高速主轴单元静态特性仿真分析
• 3.1 主轴单元静态特性的基本概念及分析的必要性
• 3.2 结构静力分析的理论基础
• 3.3 高速电主轴单元静力分析模型简化、单元类型选择、建模、分网
• 3.4 高速电主轴单元静力分析加载、约束与求解
• 3.5 本章小结
• 第四章 高速主轴单元动态特性的虚拟仿真分析
• 4.1 动态特性的概念、内容及分析的意义
• 4.2 动态分析的手段及方法
• 4.3 高速电主轴模态分析
• 4.4 模态分析的理论基础
• 4.4.1 高速电主轴模态分析模型简化、建模、单元选取及分网
• 4.4.2 高速电主轴模态分析加载、约束与求解
• 4.4.3 临界转速分析
• 4.5 高速电主轴谐响应分析
• 4.5.1 高速电主轴谐响应分析的意义
• 4.5.2 高速电主轴谐响应分析建模
• 4.5.3 高速电主轴谐响应激振力的确定
• 4.5.4 求解与结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 课题研究的主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间的主要研究工作
• 1 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 2 作者在攻读硕士学位期间参与的科研工作
• 声明
• 致谢