大重型數(shù)控軋輥磨床軸系及頂尖組件的分析與研究.pdf

1、頂磨式數(shù)控軋輥磨床較傳統(tǒng)的托磨式數(shù)控軋輥磨床，因其高效率、高精度和高可靠度而受到軋輥使用客戶的青睞，具有更廣闊的市場前景和發(fā)展空間。主軸系統(tǒng)及頂尖組件是大重型頂磨式數(shù)控軋輥磨床支頂結(jié)構(gòu)中最關鍵的部分，其結(jié)構(gòu)的強度、剛度影響著機床的整體性能，將直接反應到工件磨削精度上。
　　本文以險峰機床廠正研發(fā)的MK84型頂磨式數(shù)控軋輥磨床為主體，取其頂尖組件和主軸系統(tǒng)及100t軋輥為對象，以有限元軟件 ABAQUS為工具，有限元法為理論支撐展開

2、分析研究工作。主要研究工作及成果有以下5個方面：
　　（1）分析頂尖承載能力與其影響因素的關系。以磨床頂尖為對象，運用控制變量法，采用多組CAE分析模型分析頂尖角度、頂尖與頂尖孔配合長度和頂尖摩擦副間摩擦因數(shù)3個因素對頂尖承載能力的影響規(guī)律。以應力、變形量、應變和接觸力等為承載能力指標，將指標數(shù)據(jù)擬合出對應的趨勢曲線，對各指標曲線進行研究并得出各影響因素的最佳設計區(qū)間。
　?。?）分析頂尖在100噸軋輥工況下的受力變形情況。

3、創(chuàng)建頂尖承載100噸軋輥的動態(tài)接觸仿真分析模型，模擬軋輥以10r/min速度旋轉(zhuǎn)，分析頂尖的應力應變、變形受力等情況，得出頂尖頭部懸伸端變形量較大，在工況下承受交變應力，應力集中于砂輪越程槽，是頂尖的斷裂危險截面。
　?。?）頂尖結(jié)構(gòu)優(yōu)化。對頂尖靜力學結(jié)果進行分析，現(xiàn)有頂尖存在應力集中和變形量過大等問題，薄弱環(huán)節(jié)為砂輪越程槽和懸伸端長度。以頂尖直徑、砂輪越程槽處倒圓半徑和懸伸長度為設計變量，采用等步長搜索優(yōu)化方法，對頂尖進行結(jié)構(gòu)優(yōu)

4、化，改善了砂輪越程槽應力集中分布的情況，將最大變形量降低了48.54％。
　?。?）主軸系統(tǒng)靜力學分析。以軋輥磨床主軸為對象，研究主軸在承載100t軋輥時應力分布及變形規(guī)律，應力較大區(qū)域位于前端，后段實心區(qū)域應力較小，存在較大優(yōu)化空間。主軸中部、后端固定的支撐方式，導致了前彎曲、后上翹的變形形態(tài)。
　　（5）主軸拓撲優(yōu)化。采用 ABAQUS基于條件的優(yōu)化算法，對主軸后段強度貢獻較小的內(nèi)部材料區(qū)域進行拓撲優(yōu)化。優(yōu)化后，得到了剛