數(shù)控車床主軸部件及支承件結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法研究.pdf

1、高速度、高精度正在成為現(xiàn)代數(shù)控機床研究與發(fā)展的方向之一。作為數(shù)控車床的重要功能零部件，主軸部件和主軸箱的結(jié)構(gòu)性能的好壞將直接影響整臺機床的加工精度;同時，作為數(shù)控車床最大的結(jié)構(gòu)件和支承件，床身承載著來自整臺機床零部件的多種載荷，其結(jié)構(gòu)性能也將會對整臺機床的性能產(chǎn)生重要影響。因此，對數(shù)控機床的主軸部件和關(guān)鍵支承零部件展開的相關(guān)研究，具有理論研究意義和實際應(yīng)用價值。
　　課題以沈陽機床股份有限公司生產(chǎn)的某型數(shù)控臥式車床的主軸系統(tǒng)和床身

2、為研究對象，針對主軸部件的跨距優(yōu)化以及主軸箱和床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法等問題進行探討。尋求通過理論模型的推導(dǎo)、載荷的力學(xué)求解和有限元模型仿真分析等相結(jié)合的方法，探究主軸跨距優(yōu)化和支承件結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路和方法。課題所進行的主要研究工作如下:
　　(1)在查閱國內(nèi)外相關(guān)參考文獻基礎(chǔ)上，綜述了二支承卸荷和非卸荷主軸部件剛度模型以及機床主軸箱和床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究發(fā)展情況，確定了課題研究的主要問題。
　　(2)在對二支承卸荷主軸部件剛度模型研究的基

3、礎(chǔ)上，建立非卸荷主軸部件徑向剛度數(shù)學(xué)模型，并探討該類型主軸部件最佳跨距的精確求解方法;研究卸荷主軸部件最佳跨距計算過程中關(guān)鍵問題數(shù)字化的方法，并進一步研究了支承剛度與最佳跨距之間的關(guān)系。
　　(3)基于所建立的二支承非卸荷主軸部件靜剛度模型，對目標(biāo)機床的主軸部件進行等效載荷求解和支承剛度的確定，以及跨距優(yōu)化和靜剛度分析，并獲取主軸部件的剛度損失曲線;研究該主軸部件的載荷比系數(shù)γ、尾伸量b分別與最佳跨距l(xiāng)0的關(guān)系。
　　(4)

4、主軸箱作為主軸部件的重要支承，其結(jié)構(gòu)性能對于整個主軸系統(tǒng)而言至關(guān)重要。對所選目標(biāo)機床的主軸箱進行載荷求解、有限元模型的建立和基于ANSYS的有限元分析;基于Workbench進行拓撲優(yōu)化分析，提出改進模型，運用較以往更全面的主軸箱性能評判方法，對模型優(yōu)化前后的分析結(jié)果進行對比分析。
　　(5)來自主軸系統(tǒng)的載荷最終會通過結(jié)合面?zhèn)鬟f到機床床身，床身結(jié)構(gòu)性能對于機床整體性能具有重要影響。以某數(shù)控車床床身為研究對象，在對其進行載荷求解、

5、有限元模型建立和分析的基礎(chǔ)上，基于元結(jié)構(gòu)的思想對床身的筋板結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，并用重新建立的床身性能評判方法，對比分析了床身優(yōu)化前后性能。
　　本課題在建立的二支承非卸荷主軸部件靜剛度數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，探討了該類主軸部件剛度和最佳跨距的求解方法，以及有關(guān)部件參數(shù)與最佳跨距之間的關(guān)系;分別對目標(biāo)機床的主軸箱和床身進行了有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并通過重新建立的支承件性能評判方法，對結(jié)構(gòu)改進前后的性能進行了分析與評價。研究內(nèi)容對于提升數(shù)控機床有