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《重庆理工大学》 2010年
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直驱式滚齿机工件主轴系统抗振性结构分析与优化

陈坤  
【摘要】: 作为制造业的核心,机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家或地区国民经济的发展水平,而机械制造业的生产能力则在很大程度上取决于机械制造装备的先进程度。切削振动一直是制约机床加工精度、加工效率、可靠性和环保性进一步提高的主要因素之一,因此,提高机床的抗振性能具有十分重大的意义。近年来,直接驱动技术被逐渐应用于滚齿机,为“高速滚齿”、“高精度滚齿”、“硬齿面切削”和“干切削”提供了十分有利的条件和基础,其两个主轴部件的电机转子不经过任何传动机构而直接与负载刚性连接,将导致滚齿的断续切削力直接作用在主轴上,其抗振性设计与优化工作就显得更为重要。本文在研究YK3610直驱式滚齿机结构的基础上,重点分析了其工件主轴系统的动态特性,并依据分析结果对该主轴系统的结构进行了抗振性优化。主要内容包括: ①简要介绍了滚齿机的发展趋势和本文的主要研究内容,重点分析了国内外直驱式工件主轴系统的研究和应用现状。 ②结构分析与设计。根据滚齿机的布局选择,针对直驱式滚齿机工件主轴系统的结构特点和性能要求,分析了部件电机选型,轴承选型与配置、轴承预紧与润滑、假轴结构、编码器选择以及系统的发热特性,并最终根据结构要求给出工件主轴系统的结构设计结果。 ③工件主轴系统的静态特性分析。建立了直驱式工件主轴系统的有限元模型;通过改变其五个重要设计参数的取值,分析和掌握了各个设计参数对系统静态特性的影响规律,并为下一步的动态特性分析打下必要的基础。 ④工件主轴系统的动态特性分析。首先单独改变工件主轴系统的五个设计参数,借鉴模态实验的力锤法,利用Marc仿真及Matlab傅里叶变换,观察主轴系统的一阶固有频率和主轴前端选定点的动刚度变化趋势,分析单设计参数变化对系统动态特性的影响规律;然后保持两个设计参数不变,对剩余三个设计参数进行两两组合变化,以获得两个参数变化时主轴系统动刚度的变化规律,同时观察该两个设计参数对动刚度影响的相关性。通过对所有分析结果进行归纳总结,对各设计参数的选取提出建设性意见,并给出了系统结构的总体优化方案。优化前后的仿真比对结果表明,在不大幅度改变系统原有结构的前提下,系统动刚度仍可得到很大提高。
【学位授予单位】:重庆理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG612

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