高速立式加工中心主軸箱靜動態(tài)性能研究.pdf

1、高速加工中心的高切削速度、高進(jìn)給速度和高加工精度已成為國內(nèi)機(jī)床領(lǐng)域的發(fā)展方向?！案咚倭⑹郊庸ぶ行摹背蔀椤案邫n數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)中優(yōu)先支持的項(xiàng)目，是國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)。研究加工中心的工作性能（良好的靜態(tài)性能和動態(tài)特性）對提高機(jī)床的安全和精度有重要的指導(dǎo)作用，主軸箱直接影響主軸系統(tǒng)甚至整個(gè)機(jī)床的加工性能，為此，對高速加工中心主軸箱等基礎(chǔ)部件進(jìn)行靜、動態(tài)性能的研究已成為設(shè)計(jì)的必要環(huán)節(jié)。所采用的方法也可以應(yīng)用在

2、其他部件和整機(jī)的性能分析中，為提高機(jī)床整體性能提供了技術(shù)支持。
　　 本文首先介紹了課題的研究背景及主軸系統(tǒng)國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r和靜、動態(tài)特性研究水平，對主要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部件主軸箱進(jìn)行拓?fù)湓O(shè)計(jì)并進(jìn)行了受力分析；其次，介紹了主軸系統(tǒng)的工作原理，在相同工況下對不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行力學(xué)分析，最后對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析。
　　 根據(jù)設(shè)計(jì)要求建立新的主軸箱三維有限元模型，按照主軸箱的運(yùn)動方式、固定方法對有限元模型的自由度進(jìn)行約束，采用有限元軟件自

3、定義的單元、網(wǎng)格進(jìn)行模擬。通過靜力分析，模態(tài)分析，諧響應(yīng)特性分析，敏感度分析等得到主軸箱在特定載荷工況下的靜剛度值、動剛度值、固有頻率以及相應(yīng)的振型等理論數(shù)值，為高速加工中心的設(shè)計(jì)提供了可靠的理論依據(jù)。將有限元分析的結(jié)果與機(jī)床設(shè)計(jì)要求進(jìn)行對比，并參考相關(guān)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對模型進(jìn)行了局部改進(jìn)。利用Pro/E優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，通過敏感度分析將參數(shù)化設(shè)計(jì)變量進(jìn)行篩選，找出影響設(shè)計(jì)目標(biāo)的主要設(shè)計(jì)變量，刪除不合理尺寸區(qū)間，避免錯誤的發(fā)生、減少分析時(shí)間、提高

4、優(yōu)化速度和準(zhǔn)確性，為實(shí)現(xiàn)主軸箱最優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
　　 利用軟件Pro/ENGINEER建立主軸箱虛擬樣機(jī)系統(tǒng)，并導(dǎo)入ADAMS中進(jìn)行運(yùn)動仿真與振動分析。通過分析結(jié)果顯示出了構(gòu)件各結(jié)點(diǎn)在工作過程中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對主軸系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行修正后，將主軸箱替換為柔性體，完成振動分析，得出主軸箱在主軸系統(tǒng)中的振動受連接剛度及阻尼的影響，因此對其進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)可提高產(chǎn)品的質(zhì)量。再次對主軸箱改進(jìn)前和改進(jìn)后的主軸系統(tǒng)進(jìn)行分析，可明顯看出改進(jìn)