BFPC填充结构机床立柱设计及其性能分析

摘要

科技的高速发展对机械制造的加工质量、生产效率和自动化程度要求越来越高，这就要求机床具有更好的静、动、热态性能及轻质性。优化机床结构和使用性能优异的新材料来制造机床基础件是改善机床性能的两种有效途径。
　　本文主要研究玄武岩纤维树脂混凝土(Basalt Fiber Polymer Concrete，BFPC)填充结构机床基础件的设计及其静、动、热态性能分析，具体研究内容如下:选取TH5656型立式加工中心立柱作为研究原型，以轻质化为前提，运用等刚度理论设计BFPC填充结构机床立柱;运用有限元仿真分析的方法分别对原型立柱和所设计的BFPC立柱的静、动、热态性能进行仿真，并将仿真分析结果进行对比。结果表明，采用BFPC为填充材料、以铸铁或钢材为内外壳体的填充结构来制造机床立柱，能有效的提高其静、动、热态性能和减轻其质量。本文研究成果可推广应用于BFPC机床基础件的设计与性能分析，为提高机床性能、减轻机床质量提供了一种新途径。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究现状

1．2．1 混凝土机床基础件国内外研究现状

1．2．2 机床静态性能国内外研究现状

1．2．3 机床动态性能国内外研究现状

1．2．4 机床热态性能国内外研究现状

1．3 本文研究内容

2 原型机床立柱的选择及BFPC填充结构机床立柱设计

2．1 引言

2．2 原型立柱选择及其实体建模

2．3 BFPC填充结构机床立柱的设计

2．3．1 BFPC材料组分比

2．3．2 按等刚度理论设计BFPC填充结构机床立柱

2．3．3 按轻质化原则设计BFPC填充结构机床立柱

2．3．4 确定BFPC填充结构立柱尺寸并建立实体模型

2．4 本章小结

3 机床立柱静态特性分析

3．1 引言

3．3．1 立柱受力分析及载荷计算

3．3．2 两种立柱的材料属性

3．3．3 立柱模型的网格划分

3．3．4 施加约束和载荷

3．4 仿真结果分析

3．4．1 等效应力

3．4．2 等效位移

3．5 本章小结

4 机床立柱模态分析

4．1 引言

4．2 运用ANSYS软件模态分析步骤

4．3 立柱模态分析

4．3．1 建立立柱有限元模型

4．3．2 两种立柱的材料属性

4．3．3 施加载荷并求解

4．3．4 仿真结果分析

4．4 本章小结

5 机床立柱热态性能分析

5．1 引言

5．2 机床热变形

5．3 ANSYS软件热态分析的方法

5．3．1 ANSYS中热载荷的类型

5．3．2 初始条件和边界条件

5．4 机床主要热源和热传递方式

5．4．1 机床的主要热源

5．4．2 TH5656型立式加工中心立柱热源分析

5．5 热源发热量计算

5．5．1 电机发热计算

5．5．2 导轨副摩擦发热量计算

5．5．3 轴承发热量计算

5．5．4 其他热源

5．6 两种立柱的热性能分析

5．6．1 定义材料属性

5．6．2 网格划分

5．6．3 加载求解

5．6．4 结果分析

5．7 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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