XK24系列数控机床滑枕进给支架振动分析与优化设计

摘要

重型数控龙门镗铣床是我国装备制造业的重要加工设备，广泛应用于特大型零件孔和面的粗加工、半精加工及精加工。进给轴驱动机床，使完成机床进给的各个动作，其性能直接影响到机床的加工效率、精度和质量。
　　在机床运转时，主电机或各轴伺服电机带动传动链中的旋转部件运转，产生的振动传递到主轴端面安装的刀具上，会使机床的刀具与加工零件之间产生位移，导致加工零件表面产生振痕，从而严重影响加工零件的品质及性能。基于此，本文开展了XK24系列数控机床滑枕进给支架振动分析与优化设计方面的研究:
　　(1)为了提高重型数控机床的转速、加工精度等要求，迫切要求我们开始研究振动问题。根据有限元原理与机械振动学理论性验证设计思想。采用类比法设计支架结构，分析支架受力情况并进行有限元分析与仿真计算，得到静力学变形的位移数据。
　　(2)应用振动测试技术与结构分析优化技术等，结合XK24系列数控龙门镗铣床滑枕进给（Z轴）的振动问题，找到滑枕快速进给过程中产生振动的原因，研究进给支撑支架结构的振动特性。
　　(3)针对测试结果与理论计算，结合实际情况制定出优化设计方案，建立模型，分析优化求解器进行优化求解，对支架进行了研究与结构尺寸的设计优化。并得出合理结果指导结构设计。
　　本文针对目前XK24系列数控龙门镗铣床滑枕进给（Z轴）的进给支架进行振动研究，该滑枕进给支架为悬伸结构，结构刚性相对较弱，存在改进空间。本文分析与优化结构尺寸，得到了更合理的结构。为XK24系列数控龙门镗铣床滑枕进给（Z轴）系统的设计整顿提供了必要的测试基础和理论依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及研究背景与意义

1．2 数控机床振动测试技术与有限元分析的研究现状和发展状况

1．2．1 国内外数控机床振动测试分析技术研究现状

1．2．2 国内外数控机床有限元分析的研究现状和发展状况

1．3 研究目的和内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 本文的章节安排

第2章 支架结构设计与分析

2．1 弹性力学基本假设

2．2 弹性力学基本方程

2．3 有限元法基本思想

2．4 结构动力学有限元法简介

2．5 本文涉及的有限元软件简介

2．6 结构设计与建模

2．7 有限元分析

2．7．1 静力学分析

2．7．2 模态分析

2．8 本章小结

第3章 振动测试方案与分析

3．1 测试方案

3．1．1 测试方案选择

3．1．2 测试软硬件的选择

3．2 测试数据

3．2．1 测试数据的命名

3．2．2 干扰信号

3．2．3 支架振动信号

3．2．4 信号分析与处理

3．3 测试结果与分析

3．3 本章小节

第4章 支架结构尺寸优化

4．1 HyperWorks软件介绍

4．2 OptiStruct的结构优化设计方法

4．2．1 OptiStruct结构优化方法简介

4．2．2 OptiStruct优化设计的数学基础

4．2．3 OptiStruct迭代算法

4．3 改进方案

4．3．1 旋转结构不平衡和轴承磨损导致振动

4．1．1 4．3．2 由于滑枕进给传动箱齿轮振动引起支架共振

4．1．2 4．3．3 确定优化目标

4．2 4．4 优化方案

4．2．1 4．4．1 支架结构刚性优化

4．2．2 4．4．2 支架动态性能优化

4．3 4．5 仿真优化结果

4．4 4．6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间所获得的专利目录)

附录B(攻读学位期间所参加的科研目录)

附录C(攻读学位期间所发表的论文目录)