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高速机床主轴单元的动态特性分析及结构优化

刘玉  
【摘要】:高品质的高速机床是实现高速加工的首要条件,而高速主轴单元则是高速加工中心的核心部件。本论文先计算了主轴前后轴承的径向刚度,然后建立了主轴单元的有限元模型以进行详细的动态特性分析,研究其在约束情况下的各阶模态固有频率和振型,以及在一阶固有频率附近的响应特性,尤其是主轴前端、中部、后端及前后轴承处等6个关键节点的最大变形情况,以避免其固有频率与外界激励频率一致引起系统共振导致主轴单元产生严重变形甚至破坏,分析结论有助于找到实施主轴单元结构优化的方案和提高其动态性能的方法。 文中还通过主轴平台上的模态试验提取了主轴单元的模态参数,对比分析实验结果与有限元理论分析结论,可确定建立的主轴模型是否可以作为实际主轴的计算模型,同时也为高速机床主轴单元的结构优化设计提供了可靠的数据以及优化方向。最后建立高速主轴单元的优化设计参数化模型,选择优化设计变量、目标函数和约束条件,进行优化循环,得到优化结果,优化后主轴的静刚度提高了13.3%。


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