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(hù)的青睞，具有更廣闊的市場(chǎng)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(guān)鍵的部分，其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度影響著機(jī)床的整體性能，將直接反應(yīng)到工件磨削精度上。
　　本文以險(xiǎn)峰機(jī)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(duì)象，以有限元軟件 ABAQUS為工具，有限元法為理論支撐展開(kāi)

2、分析研究工作。主要研究工作及成果有以下5個(gè)方面：
　　（1）分析頂尖承載能力與其影響因素的關(guān)系。以磨床頂尖為對(duì)象，運(yùn)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(zhǎng)度和頂尖摩擦副間摩擦因數(shù)3個(gè)因素對(duì)頂尖承載能力的影響規(guī)律。以應(yīng)力、變形量、應(yīng)變和接觸力等為承載能力指標(biāo)，將指標(biāo)數(shù)據(jù)擬合出對(duì)應(yīng)的趨勢(shì)曲線，對(duì)各指標(biāo)曲線進(jìn)行研究并得出各影響因素的最佳設(shè)計(jì)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(dòng)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(yīng)力應(yīng)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(yīng)力，應(yīng)力集中于砂輪越程槽，是頂尖的斷裂危險(xiǎn)截面。
　　（3）頂尖結(jié)構(gòu)優(yōu)化。對(duì)頂尖靜力學(xué)結(jié)果進(jìn)行分析，現(xiàn)有頂尖存在應(yīng)力集中和變形量過(guò)大等問(wèn)題，薄弱環(huán)節(jié)為砂輪越程槽和懸伸端長(zhǎng)度。以頂尖直徑、砂輪越程槽處倒圓半徑和懸伸長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)變量，采用等步長(zhǎng)搜索優(yōu)化方法，對(duì)頂尖進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)

4、化，改善了砂輪越程槽應(yīng)力集中分布的情況，將最大變形量降低了48.54％。
　　（4）主軸系統(tǒng)靜力學(xué)分析。以軋輥磨床主軸為對(duì)象，研究主軸在承載100t軋輥時(shí)應(yīng)力分布及變形規(guī)律，應(yīng)力較大區(qū)域位于前端，后段實(shí)心區(qū)域應(yīng)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(dǎo)致了前彎曲、后上翹的變形形態(tài)。
　?。?）主軸拓?fù)鋬?yōu)化。采用 ABAQUS基于條件的優(yōu)化算法，對(duì)主軸后段強(qiáng)度貢獻(xiàn)較小的內(nèi)部材料區(qū)域進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。優(yōu)化后，得到了剛