高速高精度數(shù)控車床主軸系統(tǒng)的動態(tài)與熱態(tài)特性研究.pdf

1、該文為江蘇省十五重大科技攻關(guān)招標(biāo)項(xiàng)目"高速高精度數(shù)控車床"中高速主軸系統(tǒng)的動力學(xué)建模、力特性和熱特性分析、以及主軸系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計研究課題,并參與開發(fā)出了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和具有剛性好、精度高、整機(jī)動態(tài)特性好等特點(diǎn)的CK1416高速高精度數(shù)控車床.該文的最大特點(diǎn)在于主軸系統(tǒng)的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計是綜合了力和熱特性的熱-力結(jié)構(gòu)耦合下的主軸系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化,結(jié)果更為符合實(shí)際.該文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)包括:1.首次運(yùn)用整體傳遞矩陣法計算主軸內(nèi)外轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動態(tài)

2、特性.該法能方便地計及各轉(zhuǎn)子的連接狀況及轉(zhuǎn)子陀螺力矩的影響,方法簡單、精度高、易于編制通用程序.2.依照赫茲接觸理論,提出了在預(yù)緊條件下滾動軸承徑向剛度的計算方法,推導(dǎo)出在徑向力作用下軸承角位移和角剛度的簡便計算公式,并利用有限元法有效地解決了轉(zhuǎn)子耦合支承剛度的計算問題,這也可為其他同類問題的解決提供參考.3.基于有限元法對主軸系統(tǒng)進(jìn)行三維溫度場建模和詳細(xì)的熱特性分析,在熱-力結(jié)構(gòu)耦合條件下計算主軸系統(tǒng)的動態(tài)特性和變形,結(jié)果包含了該系統(tǒng)

3、的力學(xué)和熱學(xué)性能,從而能更全面地描述主軸系統(tǒng)的動態(tài)特性.在此基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計的主軸將具有更好的動態(tài)性能.4.利用ANSYS的優(yōu)化功能,通過APDL參數(shù)化設(shè)計語言對主軸系統(tǒng)進(jìn)行基于熱-力結(jié)構(gòu)耦合下的優(yōu)化設(shè)計.該法可以減少人工介入,通過自動尋優(yōu)得到理論上的最優(yōu)解,克服了傳統(tǒng)"方案比較式"優(yōu)化所得到的具有較大隨機(jī)性結(jié)果的缺陷.5.應(yīng)用有限元法首次對數(shù)控車床整機(jī)進(jìn)行熱特性分析.通過熱源的確定,計算整機(jī)的溫度場分布、熱-力結(jié)構(gòu)耦合變形,及由此造成的