基于有限元方法的超硬刀具磨床主轴系统特性研究与优化

摘要

机床工业对国家各工业部门的装备自动化和制造业自动化的实现有直接影响，其发展水平是衡量一个国家综合国力的重要指标之一。超硬刀具磨床是机床的一种。
　　磨床在进行磨削加工时，主轴系统的静动态性能对机床的加工精度有很大影响。因此磨床主轴系统的静动态性能分析在机床的设计中占据着重要地位。釆用有限元法对主轴系统的静动态特性进行分析，探究高速磨削过程中的应变和受迫振动问题；进行优化设计，提高主轴设计的水平，缩短设计时间，降低设计成本，对提高磨床整机性能具有重要现实意义。本文针对京诚机床公司某型号磨床，利用有限元分析ANSYS软件，以改善主轴静动态特性、提高磨床加工性能为研究目的，进行了主轴系统的性能分析和优化设计，具体包括：
　　1．根据磨床主轴系统的结构和实际工况，采用SolidWorks软件建立主轴系统实体模型。将实体模型导入ANSYS软件，确定主轴的载荷和约束条件，选定单元类型，进行网格划分，建立了精确的磨床主轴系统有限元分析模型。
　　2．选取磨床主轴的两种工况，采用有限元法对主轴系统进行静力学分析、模态分析和谐响应分析，得到了主轴出现最大变形的位置及其静刚度、固有频率和谐响应峰值。对比不同工况下主轴系统的性能，进而发现其设计薄弱环节。
　　3．利用ANSYS的APDL参数化语言，建立主轴系统的参数化有限元模型。选用ANSYS自带的优化工具完成主轴系统优化设计，使得主轴结构变轻，刚度提高，并获得更优的静动态性能。
　　课题研究成果为机床主轴系统的静、动态设计提供了依据，缩短了设计周期，提高了设计效率。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本研究的创新点

第2章 主轴系统的有限元模型

2.1 有限元法的基本理论

2.2 有限元分析平台ANSYS

2.3 主轴模型的建立

2.4 有限元模型网格划分

2.5 本章小结

第3章 磨床主轴系统静态性能分析

3.1 静态性能分析理论

3.2 载荷计算

3.3 超硬刀具磨床主轴系统静态分析步骤

3.4 超硬刀具磨床主轴系统静态分析结果

3.5 本章小结

第4章 磨床主轴系统动态性能分析

4.1 主轴系统的动态特性要求

4.2 模态分析

4.3 谐响应分析

4.4 本章小结

第5章 主轴系统结构优化

5.1 优化设计的数学模型

5.2 ANSYS优化设计步骤

5.3 主轴的参数化优化设计

5.4 优化结果与验证

5.5 本章小结

第6章 全文总结与展望

6.1 主要结论与成果

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

声明