无心外圆磨床结构动态分析与优化设计研究

摘要

随着机床日益向高速、高精度和自动化方向的发展，其动态特性成为影响机床加工精度的关键因素。利用动态设计的方法降低机床在加工过程中的振动问题已成为现代机床设计思想的重要内容。然而，国内许多机床生产企业的机床设计尚停留在经验的、类比的、静态的设计阶段，在设计中很少考虑到机床的动态性能，不仅设计周期长，而且所设计的机床加工精度不高，性能远低于国外先进水平。本论文结合江苏省科技攻关项目“高速高精度数控无心磨床的开发”，阐述了MK11150无心外圆磨床的动态建模分析及其优化设计过程。以低阶固有频率为指标，采用有限元分析方法实现了磨床结构的动态优化设计。建立了无心外圆磨床的有限元模型，并分析了床身筋板结构对床身动态特性的影响。由分析可知，采用合适的筋板类型能有效提高床身的动态性能。文章进一步分析了磨床整机的动态特性，考虑整机的低阶模态振型和加工过程中的受力状态，对其薄弱部件进行了结构优化。有限元分析结果表明，优化后磨床的动态特性有了明显改善。最后，本文对采用新型材料床身的新磨床进行了动力学分析。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1论文的研究背景

1.2机械结构动态研究方法

1.3现代机床设计思想及其发展

1.4国内外机床结构动态分析与优化方法的研究现状

1.5本文主要研究内容

第二章有限元方法及结构动力学修改基本理论

2.1有限元法结构分析理论及应用

2.1.1有限元分析基本步骤

2.1.2有限元结构动力学分析

2.1.3有限元法在机床分析中的应用

2.2结构动力学修改理论

2.2.1灵敏度分析

2.2.2最优化设计

2.3小结

第三章无心外圆磨床主要部件建模与结构动态分析

3.1原床身动力学建模与分析

3.2床身筋板结构对其动态特性的影响

3.2.1井字型床身动态特性分析

3.2.2 X型床身动态特性分析

3.2.3床身筋板厚度灵敏度分析

3.2.4结论

3.3其它主要部件动力学建模与分析

3.3.1磨架动力学建模与分析

3.3.2导轮架动力学建模与分析

3.3.3顶盖动力学建模与分析

3.3.4修整器建模与分析

3.4小结

第四章无心外圆磨床整机结构动态分析与优化设计

4.1原磨床整机建模

4.1.1整机结合面的识别方法与处理

4.1.2原磨床整机有限元建模

4.2原磨床整机动力学分析

4.2.1原磨床整机模态分析

4.2.2原磨床整机谐响应分析

4.3磨床整机结构优化设计

4.3.1床身结构优化设计

4.3.2顶盖结构优化设计

4.3.3导轮架结构优化设计

4.3.4导轮修整器结构优化设计

4.4新磨床整机动力学分析

4.4.1新磨床整机模态分析

4.4.2新磨床整机谐响应分析

4.5小结

第五章新型材料在机床结构中的应用研究

5.1新材料在机床中的应用现状

5.2树脂混凝土材料床身

5.3树脂混凝土床身在MK11150磨床上的应用

5.4小结

第六章结论与展望

6.1论文总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

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