论文摘要
数控机床作为具有先进制造技术的基础制造装备,已被广泛应用于航天、航空、能源、交通等各个领域,其加工精度、加工效率和加工能力等影响着一个国家国民经济和国防建设的发展。近年来我国数控机床在开发过程中已逐步采用CAD/CAE/CAM的现代设计理念,力求在设计阶段尽可能准确掌握机床的加工精度及性能,其中CAD技术的使用解决了“如何设计产品”的问题,而对于设计产品的性能分析则依赖CAE技术,但是目前利用CAE技术对机床静、动、热特性进行分析的结果与实际机床性能有较大不同。目前的研究已经证实,CAE分析结果和数控机床实际性能相差较大的原因在于机床中存在的各种各样的结合部,而目前对机床结合部特性的研究还不是很成熟,CAE的仿真分析也多是忽略结合部的影响。数控机床作为一个复杂的机电一体化产品,除了本身结构中的零部件以外,还包含众多的结合部,如床身与立柱结合部、导轨结合部、轴承结合部、刀柄与椎柄结合部等等,这些结合部的特性对于机床整机特性影响很大,甚至超过了构成机床本体的零部件本身的影响,而由于结合部特性十分复杂,目前对于结合部的作用机理还不十分清楚,也没形成统一有效地研究结合部的方法,结合部特性研究已成为数控机床开发设计的瓶颈。本课题“数控机床结合面特性及整机性能分析技术”是国家科技重大专项项目“高档数控机床与基础制造装备”的子项目,主要是研究数控机床主要结合部的特性,建立数控机床结合部特性参数数据库,为整机性能分析提供参数支持。本文以北京机电院高科技股份有限公司提供的VMC系列数控机床为研究对象,对其主轴系统轴承结合部静动特性进行了研究。文中首先介绍了目前数控机床主轴系统及结合部特性的研究情况,对数控机床主轴系统结构进行了简化,并建立了主轴系统轴承结合部的动力学模型；之后分析了主轴系统轴承结合部特性的影响因素,设计搭建了轴承结合部特性实验台,并且通过实验和数据处理以及有限元技术提取了不同影响因素下轴承结合部的特性参数,为整机的特性分析提供了参数；另外实验之前利用ANSYS软件对实验台的一些零件进行了静力或模态分析,为后期与实验数据的对比分析做了准备。