HTC2550hs高速车削中心静动态性能分析及关键零件轻量化设计

摘要

高速车削中心，不但能够提高金属切除效率和加工效率，而且还可以获得更加完善的加工表面，更低的工件加工温度和更小的切削力，尤其使得薄零件的加工可以获得更好的几何形状精度。本文对HTC2550hs高速车削中心的主轴部件、床身、滑板等进行静动态性能分析，研究支撑轴承刚度及主轴跨距对主轴部件静动态性能的影响。然后，对床身、滑板分别进行基于静态分析和频率的拓扑优化分析，并对去除部分关键尺寸进行尺寸优化设计，在保证其静动态性能提高的基础上，实现轻量化。本论文主要内容为:
　　(1)对主轴部件分别进行静动态性能分析，得到主轴部件的静态刚度、各阶固有频率和相应振型。得到主轴部件静动态性能随主轴支撑轴承刚度和主轴跨距的变化规律，提出改善主轴部件静动态性能方法。
　　(2)对高速车削中心关键静态支撑部件床身分别进行静动态性能分析，得到其实际工作中静态受力变形情况、自由状态和约束状态下的各阶固有频率和相应振型。并且，通过对床身进行的基于静态分析的拓扑优化设计及尺寸优化设计，在保证其静态性能提高基础上，实现轻量化。
　　(3)对高速车削中心关键运动部件滑板进行静动态性能的分析，得到其实际工作中静态受力变形情况、自由状态和约束状态下的各阶固有频率和相应振型。并且，通过应用ANSYS Workbench和ANSYS经典界面联合对滑板进行基于频率的拓扑优化设计及尺寸优化设计，在保证其动态性能（第一阶和第二阶固有频率）提高的情况下，实现轻量化。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源

1．2 高速切削加工概念和特点

1．2．1 高速切削的概念

1．2．2 高速切削的优点

1．3 高速车削技术的发展

1．4 高速机床的应用领域

1．5 高速机床的发展趋势

1．6 课题研究的目的和意义

1．7 论文主要研究内容

第2章 高速车削中心静态性能分析

2．1 有限单元法

2．1．1 有限单元法概述

2．1．2 ANSYS及ANSYS Workbench简介

2．2 主轴部件静态性能分析

2．2．1 主轴部件支撑轴承刚度计算

2．2．2 主轴部件静态性能分析

2．2．3 轴承刚度对主轴部件静态性能的影响

2．2．4 主轴跨距对主轴部件静态性能的影响

2．2．5 主轴箱部件静态性能分析

2．3 床身静态性能分析

2．3．1 床身几何模型的建立、网格划分

2．3．2 床身受力分析及添加约束

2．3．3 床身静态性能分析

2．4 滑板静态性能分析

2．4．1 滑板几何模型的建立、网格划分

2．4．2 滑板受力分析及添加约束

2．4．3 滑板静态性能分析

第3章 高速车削中心动态性能分析

3．1 动态性能分析理论

3．1．1 模态分析

3．1．2 谐响应分析

3．2 主轴部件动态性能分析

3．2．1 主轴部件模态分析

3．2．2 主轴部件谐响应分析

3．2．3 轴承刚度对主轴部件动态性能的影响

3．2．4 主轴跨距对主轴部件动态性能的影响

3．2．5 主轴箱部件动态性能分析

3．3 床身动态性能分析

3．3．1 床身约束状态模态分析

3．3．2 床身自由状态模态分析

3．4 滑板模态分析

3．4．1 滑板约束状态下模态分析

3．4．2 滑板自由状态下模态分析

第4章 高速车削中心轻量化设计

4．1 拓扑优化理论基础

4．1．1 拓扑优化概念

4．1．2 拓扑优化方法

4．1．3 拓扑优化步骤

4．2 床身轻量化设计

4．2．1 床身静态拓扑优化分析

4．2．2 床身尺寸优化设计

4．3 滑板轻量化设计

4．3．1 滑板频率拓扑优化设计

4．3．2 滑板尺寸优化设计

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表和录用的论文