數(shù)控車床主軸部件及支承件結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法研究.pdf

1、高速度、高精度正在成為現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床研究與發(fā)展的方向之一。作為數(shù)控車床的重要功能零部件，主軸部件和主軸箱的結(jié)構(gòu)性能的好壞將直接影響整臺機(jī)床的加工精度;同時，作為數(shù)控車床最大的結(jié)構(gòu)件和支承件，床身承載著來自整臺機(jī)床零部件的多種載荷，其結(jié)構(gòu)性能也將會對整臺機(jī)床的性能產(chǎn)生重要影響。因此，對數(shù)控機(jī)床的主軸部件和關(guān)鍵支承零部件展開的相關(guān)研究，具有理論研究意義和實際應(yīng)用價值。
　　課題以沈陽機(jī)床股份有限公司生產(chǎn)的某型數(shù)控臥式車床的主軸系統(tǒng)和床身

2、為研究對象，針對主軸部件的跨距優(yōu)化以及主軸箱和床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法等問題進(jìn)行探討。尋求通過理論模型的推導(dǎo)、載荷的力學(xué)求解和有限元模型仿真分析等相結(jié)合的方法，探究主軸跨距優(yōu)化和支承件結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路和方法。課題所進(jìn)行的主要研究工作如下:
　　(1)在查閱國內(nèi)外相關(guān)參考文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，綜述了二支承卸荷和非卸荷主軸部件剛度模型以及機(jī)床主軸箱和床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究發(fā)展情況，確定了課題研究的主要問題。
　　(2)在對二支承卸荷主軸部件剛度模型研究的基

3、礎(chǔ)上，建立非卸荷主軸部件徑向剛度數(shù)學(xué)模型，并探討該類型主軸部件最佳跨距的精確求解方法;研究卸荷主軸部件最佳跨距計算過程中關(guān)鍵問題數(shù)字化的方法，并進(jìn)一步研究了支承剛度與最佳跨距之間的關(guān)系。
　　(3)基于所建立的二支承非卸荷主軸部件靜剛度模型，對目標(biāo)機(jī)床的主軸部件進(jìn)行等效載荷求解和支承剛度的確定，以及跨距優(yōu)化和靜剛度分析，并獲取主軸部件的剛度損失曲線;研究該主軸部件的載荷比系數(shù)γ、尾伸量b分別與最佳跨距l(xiāng)0的關(guān)系。
　　(4)

4、主軸箱作為主軸部件的重要支承，其結(jié)構(gòu)性能對于整個主軸系統(tǒng)而言至關(guān)重要。對所選目標(biāo)機(jī)床的主軸箱進(jìn)行載荷求解、有限元模型的建立和基于ANSYS的有限元分析;基于Workbench進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化分析，提出改進(jìn)模型，運用較以往更全面的主軸箱性能評判方法，對模型優(yōu)化前后的分析結(jié)果進(jìn)行對比分析。
　　(5)來自主軸系統(tǒng)的載荷最終會通過結(jié)合面?zhèn)鬟f到機(jī)床床身，床身結(jié)構(gòu)性能對于機(jī)床整體性能具有重要影響。以某數(shù)控車床床身為研究對象，在對其進(jìn)行載荷求解、

5、有限元模型建立和分析的基礎(chǔ)上，基于元結(jié)構(gòu)的思想對床身的筋板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并用重新建立的床身性能評判方法，對比分析了床身優(yōu)化前后性能。
　　本課題在建立的二支承非卸荷主軸部件靜剛度數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，探討了該類主軸部件剛度和最佳跨距的求解方法，以及有關(guān)部件參數(shù)與最佳跨距之間的關(guān)系;分別對目標(biāo)機(jī)床的主軸箱和床身進(jìn)行了有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并通過重新建立的支承件性能評判方法，對結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后的性能進(jìn)行了分析與評價。研究內(nèi)容對于提升數(shù)控機(jī)床有