基于ANSYS的JY-5数控铣床关键部件特性分析

摘要

高速切削是一项十分有前景的先进制造技术，它具有高效率、高精度、低成本等突出优势，目前已在汽车、磨具、航空航天、工程机械等方面得到了广泛的应用。要实现高速切削加工，立柱、主轴箱和主轴作为机床的关键件，必须具有良好的静动态特性。因此，对机床立柱、主轴箱和主轴等关键件进行静动态特性分析是一项十分重要工作。
　　本文以JY-5数控铣床为研究对象，利用虚拟建模技术和仿真分析技术，对数控机床主轴、立柱和主轴箱等关键件进行静动态特性分析。通过分析，找到结构的薄弱环节，然后进行结构的改进和优化。主要内容如下：
　　1.在现有设计图纸的基础上，利用Pro/E软件建立机床主轴、立柱和主轴箱等关键件的几何模型，并进行装配干涉检测，初步实现机床关键件的虚拟化建模；在机床关键件虚拟建模完成后，对所建模型进行适当的假设和简化，构建出机床关键件的有限元分析模型；
　　2.根据轴承刚度计算公式，计算机床主轴所用轴承的径向刚度值；建立主轴二维有限元模型，基于 ANSYS平台，分析主轴的静态特性；建立主轴三维有限元模型，基于 ANSYS平台，分析主轴的模态特性和谐响应特性。
　　3.分别建立主轴箱和立柱的有限元分析模型，并对其进行静动态特性分析。通过静态分析，得到立柱和主轴箱在静态载荷下应力场和应变场。通过动态分析，得到立柱和主轴箱的固有频率和相应振型；
　　4.基于优化理论，在有限元分析基础上，根据得到的分析结果，对机床关键件的薄弱环节进行优化和改进，进一步提高关键件的静动态特性以及抗振能力。同时，在机床关键件的静动态特性能满足工况的情况下，以质量最小为目标函数进行相应的结构优化。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 课题研究的意义和目的

1.2 国内外机床发展趋势及研究现状

1.3 本文的研究内容

1.4 本章小结

第2章 有限元分析理论基础

2.1 建立有限元模型的基本理论

2.2 有限元法的基本理论

2.3 静力学分析的基本理论

2.4 动力学分析的基本理论

2.5 本章小结

第3章 机床主轴静动态特性分析

3.1 机床主轴简介及轴承刚度计算

3.2主轴静态分析

3.3主轴模态分析

3.4主轴谐响应分析

3.5 本章小结

第4章 立柱、主轴箱静动态分析

4.1 立柱静动态分析

4.2 主轴箱静动态分析

4.3装配体静动态分析

4.4本章小结

第5章 机床关键部件结构优化

5.1机床主轴结构优化

5.2主轴箱拓扑优化

5.3 立柱结构优化

结论与展望

结论：

展望：

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录