PM500型立式平面磨床主轴组件的性能研究

摘要

现代机床的发展日益趋向高效率和高精度，这对机床的设计提出了更高的要求，需要采用更先进和合理的设计方法来完成机床设计优化。作为一种先进的设计手段，动态设计方法已经成为企业提高竞争力的重要方面。要进行动态设计，前提是对机床的动态性能做出正确的分析。对于磨床而言，主轴组件是磨床极为重要的组成部分，其性能的好坏对磨床的性能有着重要的影响。 为了提高现有磨床的性能水平，合作进行PM500型立式平面磨床的设计改造研究。研究共分五个部分进行，即主轴组件部分，导轨机构和润滑部分，回转工作台部分，数控部分，外观部分。本文针对主轴组件进行了静态和动态的性能研究。 ①具体研究分析了磨床发展的现状，动态设计方法研究和磨床主轴组件的发展状况和发展趋势；在总结前人研究成果的基础上，结合当前的技术发展趋势，对主轴组件进行了受力分析计算，同时对该类立轴圆台平面磨削的磨削力进行了分析。 ②利用轴承静刚度的有效经验计算公式，结合该磨床的实际情况对轴承的刚度状况进行了分析。 ③利用有限元理论，结合三维CAD技术建立了主轴组件的有限元模型，确定了载荷、边界条件及约束，对主轴组件进行了稳定载荷状态下的线性静力分析、模态分析和频率响应分析。 ④建立主轴组件的数学模型，利用传递矩阵法通过MATLAB软件计算了主轴组件的固有频率，与有限元法的计算结果进行了比对分析，为进一步进行的动态设计提供了充分的静态动态性能参数。 ⑤为了给动态设计优化研究打下一定的基础，进行了主轴参数的多目标优化。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

1绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2课题研究方向的确定

1.3磨头机构及其主轴组件的研究现状

1.4本课题的研究内容

2主轴组件的受力与支承轴承刚度分析

2.1主轴组件的受力分析

2.1.1动力及工况简介

2.1.2带传动产生的轴压力

2.1.3磨削力研究

2.2主轴支承轴承的刚度分析

2.2.1轴承刚度计算理论

2.2.2轴承预紧

2.2.3主轴支承轴承的刚度计算

2.3小结

3主轴组件的有限元分析

3.1有限元理论简介及有限元分析软件ALGOR的应用

3.1.1有限元理论简述

3.1.2 ALGOR软件的应用

3.2主轴组件模型构建

3.2.1几何模型的建立

3.2.2有限元模型的建立

3.3主轴组件的静态性能分析

3.4主轴组件的动态性能分析

3.4.1 ALGOR模态分析

3.4.2 ALGOR频率响应分析

3.5小结

4基于传递矩阵法的主轴建模计算

4.1数学建模

4.2传递矩阵法

4.2.1传递矩阵法的建模原则

4.2.2常用元件的传递矩阵

4.2.3模型自振频率的计算

4.3主轴的传递矩阵计算

4.3.1计算工具MATLAB

4.3.2主轴部件自振频率计算

4.4小结

5主轴的参数优化

5.1最优跨距的估算

5.1.1传统设计算法

5.1.2利用卡丹公式的设计算法

5.2数学模型的建立和主轴参数的优化设计

5.2.1设计变量

5.2.2目标函数

5.2.3约束条件

5.2.4优化方法与计算

5.3小结

6总结与展望

6.1全文总结

6.2进一步的研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢