数控电火花成型机床主轴支承系统的研究

论文摘要

精密电火花成型机床是精密模具制造的重要装备，在模具工业中发挥着极其重要的作用。现代模具制造要求电火花成型机床具有较高的加工精度，主轴支承件的力学性能直接影响机床加工精度，所以合理设计主轴支承件对于提高机床的加工精度具有重要意义。本文对精密电火花成型机床主轴支承系统进行研究，设计支承件结构，求解影响支承件的动态力，基于有限元理论来优化结构，最后对优化后的支承结构的静动特性进行分析，验证设计的合理性。其主要内容包括：1、对四轴精密电火花成型机床的机械系统功能进行分析，合理设计机床总体布局，确定电火花机床主轴支承系统结构。2、对主轴支承系统进行特征建模，建立了动力学模型，分析确定当主轴运动时，影响支承件变形的主要动态力(惯性力和耦合力)和极限工作状态(加工完退回)。3、进行运动学仿真，验证主轴运动参数是否符合设计要求。另外，通过仿真后的加速度曲线可以得到影响支承件变形的主轴运动惯性力。4、建立了电极头和工作液的流固耦合模型。用有限元方法求解电极在工作液中运动时的耦合力，并分析了电极形状对耦合力的影响。5、设计几种主轴支承件结构方案，优选具有最好动态性能的主轴支承结构。并基于虚拟样机技术，定义支承件为柔性体，在极限工作状态下，受不同动态力时，验证支承件是否有足够的静动刚度，变形匀差是否符合设计要求。通过论文的研究，实现了精密电火花成型机床主轴支承系统的合理设计，对提高精密电火花成型机床的主轴加工精度具有重要影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外的研究现状和发展情况
• 1.2.1 电火花成型机床的发展情况
• 1.2.2 机床结构分析优化设计的发展情况
• 1.3 课题研究的背景及意义
• 1.4 课题研究的内容
• 第2章 四轴精密电火花成型机床总体结构分析
• 2.1 机床机械系统功能分析
• 2.2 总体布置分析
• 2.3 龙门式机床主轴箱的支承方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 电火花机床主轴运动仿真分析
• 3.1 实体建模
• 3.1.1 CAD软件的选择
• 3.1.2 龙门及工作台模型建立
• 3.2 ADAMS软件理论基础介绍
• 3.3 仿真模型的建立
• 3.4 运动学仿真分析
• 3.4.1 龙门式机床主轴的运动学仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 电火花成型机床电极的流固耦合分析
• 4.1 问题分析
• 4.2 拉格朗日—欧拉耦合理论
• 4.2.1 一般耦合
• 4.2.2 任意拉格朗日——欧拉耦合
• 4.3 流固耦合模型的求解过程
• 4.3.1 建立简化模型
• 4.3.2 网格划分
• 4.3.3 材料定义
• 4.3.4 单元属性定义
• 4.3.5 电极头速度场定义
• 4.3.6 边界条件定义
• 4.3.7 输出要求
• 4.3.8 结果分析
• 4.4 结论
• 4.5 本章小结
• 第5章 电火花成型机床龙门力学性能分析
• 5.1 概述
• 5.2 ADAMS/Flex柔性体理论
• 5.3 ADAMS柔性体的建立方法
• 5.3.1 自动柔性化法
• 5.3.2 引入模态中性文件法
• 5.4 龙门的力学性能分析过程
• 5.4.1 龙门有限元分析前处理
• 5.4.2 龙门柔性体创建
• 5.4.3 龙门的优化设计
• 5.4.4 龙门静态分析
• 5.4.5 龙门动态仿真分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 攻读硕士学位期间授权的专利
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目