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采用静压轴承技术的硬车削机床设计及其动态性能研究

李要芳  
【摘要】:机械制造装备技术在制造业中占有极其重要的地位。为适应国民经济发展的需要,现代机床正向高效率,高精度和高自动化方向发展,因此针对机床的相关技术,包括主轴、导轨、机床布局方案等开展研究,建立机床动力学模型,在机床产品的设计阶段对其性能进行评价,对提高机床产品的设计质量有重要意义。 硬切削是对高硬度金属及淬硬材料进行车削或铣削的先进切削加工技术,作为一种以车代磨的先进加工工艺越来越受到人们的重视。国内还没有真正意义的硬车削机床,在机床性能研究方面与先进国家也有大的差距。本文主要从硬切削机床的角度来研究硬切削技术,参考国外机床先进技术指标设计一款硬车机床,把机床的动态刚性、高速高效性和抗振能力作为研究重点。为此在机床上采用液体静压轴承技术,主要包括静压导轨技术和静压电主轴技术,改善机床的动态特性。 本文所设计的硬切削机床,从人造大理石床身到液体静压主轴,再到液体静压导轨,构成了一条刚性链,是高刚性和高抗振性机床的理想选择。本文也注重对所设计机床的分析,并结合有限元软件Ansys建立机床整机的动力学有限元模型,分析机床的模态以及车床刀尖点的动态刚度。本文从硬切削机床的机械结构设计到机床结构的动态特性分析,主要研究内容如下: (1)对硬切削车床的整体机械结构进行设计。参考国外专业硬切削机床,对机床的床身与导轨的布局设计,运动部件的布局设计;对机床的静压主轴结构、静压导轨结构以及驱动进给系统进行设计。 (2)对液体静压主轴的轴承刚度进行理论计算,并分析该静压主轴的动态特性。对液体静压导轨进行结构设计,并采用正交试验的方法对液体静压导轨的各项设计参数进行优化设计,从而得出一组比较合理的静压导轨设计参数; (3)对滚珠丝杠、滚柱导轨以及滚动轴承结合部的刚度进行理论计算,建立丝杠和滑块以及滚动轴承的动力学模型。从而利用软件ansys建立机床整机的动力学模型,对整机进行模态分析与谐响应分析,通过对比机床在两种不同的阻尼下的谐响应曲线,得出静压导轨的大阻尼有明显的减弱机床的振动的效果。


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