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曲轴外圆复合车削刀架机构的刚度研究

张伟  
【摘要】:曲轴外圆复合车削机床是一种随动车削机床,它能够一次装夹,就能够实现对曲轴主轴颈、连杆颈的全部加工。平行四边形刀架机构是该车削机床的核心部分,在切削加工过程中要承受很大的载荷。刀架机构的切削刚度,直接决定了该车床的加工精度和切削效率。因此,本文主要是通过对刀架机构在切削时的刚度研究,来分析刀架在切削时的刚度影响因素,提出改进刀架机构刚度的相关可行措施,从而为实现曲轴的高速、高效、高精度加工,保证较高的生产率,提供具有实用价值的解决方法。 考虑到刀架机构要实现随动车削,就必须要求刀架机构的结构满足:刀架曲柄长度应等于被加工曲轴的曲柄长度;刀架曲柄运动与工件的相位一致。接下来对刀架机构的主要零部件作了设计及校核,如轴、曲柄盘锁死结构和刀架曲柄的设计。最后,完成了整个刀架机构的设计及刀架机构装配体模型的三维建模。 利用ANSYS软件分别就刀架连杆材料、刀架连杆机构两曲柄不等长、轴承刚度对刀架刚度的影响进行静态分析。结果表明:铝质材料的刀架连杆相比钢制材料的刀架连杆,其刚度、强度略微有下降,但其质量和惯性力大大减少,因此可以考虑将刀架连杆除了安装刀具部分改为铝制材料;刀架曲柄不等长使刀架连杆机构的刚度大大减小,因此必须仔细调整刀架两曲柄长度,保证刀架两曲柄长度相等;刀架连杆机构的刚度随轴承刚度的增加而增加,因此控制轴承刚度大小对提高刀架连杆机构的刚度以及整个刀架机构的切削性能具有重要意义。最后,对刀架机构装配体进行有限元分析,分析表明刀架机构的变形量很小,其静刚度是满足要求的,并为局部变形量大的位置提出作出改进提供了依据。 利用有限元分析软件ANSYS对刀架连杆和刀架曲柄的动刚度进行分析,其结果表明,在轴承预紧力作用下,刀架连杆和刀架曲柄的刚度大大提高。并结合刀架刚度的匹配原则,确定各轴承处的预紧力大小。最后,从刀架曲柄长度的调整、轴承预紧力的确定、传动机构以及配重盘四个方面对刀架机构存在的问题进行分析,并提出了可行方法以及结构改进图。


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