【摘要】：作為一種重要的精加工工藝手段,高速磨削具有加工質(zhì)量好和加工效率高等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。磨床不斷向高速、高自動(dòng)化和高精度方向發(fā)展,對(duì)磨床的靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)性能提出了越來(lái)越高的要求。床身和砂輪主軸作為磨床整機(jī)最關(guān)鍵的兩個(gè)部位,其動(dòng)態(tài)特性的好壞對(duì)整個(gè)磨床的動(dòng)態(tài)性能具有重要影響。本文以MKS1320高速數(shù)控外圓磨床的床身和砂輪主軸為研究對(duì)象,以提高床身、主軸靜動(dòng)態(tài)特性和磨床整機(jī)加工性能為目的,采用有限元軟件ANSYS仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,對(duì)外圓磨床床身和主軸進(jìn)行靜動(dòng)力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文主要完成如下工作:1)根據(jù)MKS1320數(shù)控外圓磨床的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立床身和主軸的三維實(shí)體模型,對(duì)其做適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化,并確定約束條件和所受外載荷,在ANSYS Workbench中生成精確的有限元模型;2)運(yùn)用ANSYS Workbench對(duì)床身進(jìn)行靜動(dòng)態(tài)特性分析,得到床身的位移變形云圖、等效應(yīng)力云圖、床身的低階固有頻率及其對(duì)應(yīng)的模態(tài)振型,并進(jìn)而獲得床身的臨界轉(zhuǎn)速,并由諧響應(yīng)分析得到床身系統(tǒng)的位移頻率曲線;3)構(gòu)建LMS振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)床身進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析,測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)情況由LMS多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得,使用模態(tài)分析軟件LMS Test.Lab14A進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別,并將實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)結(jié)果和有限元分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證床身限元建模和分析的合理性。4)以床身的動(dòng)態(tài)特性研究結(jié)果為依據(jù),運(yùn)用Workbench中的優(yōu)化模塊Design Explorer對(duì)床身進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),在實(shí)現(xiàn)輕量化的基礎(chǔ)上,使床身的靜動(dòng)態(tài)性能都得到一定程度提高;5)研究軸承剛度的等效方式,通過(guò)對(duì)砂輪主軸進(jìn)行靜力學(xué)分析得到主軸在外載荷作用下的變形程度,計(jì)算得到其剛度值,并探究軸承剛度以及軸承跨距變化對(duì)主軸剛度的影響,通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析得到主軸前六階固有頻率和振型,并計(jì)算得到各階臨界轉(zhuǎn)速,對(duì)其進(jìn)行諧響應(yīng)分析,探究主軸的共振區(qū)間,并驗(yàn)證主軸設(shè)計(jì)的合理性;6)基于主軸參數(shù)化模型,以主軸的前端懸伸量、前錐面尺寸、軸承跨距和主軸中段外徑作為四個(gè)設(shè)計(jì)變量,對(duì)主軸進(jìn)行尺寸參數(shù)優(yōu)化,主軸的靜剛度和低階固有頻率經(jīng)過(guò)優(yōu)化后都有明顯的提高,使主軸靜動(dòng)態(tài)性能得到改善;
【圖文】：

圖２．１邋ＭＫＳ１３２０數(shù)控外圓磨床三維模型逡逑前床身導(dǎo)軌上安裝有液壓工作臺(tái)，頭架和尾架安裝在工作臺(tái)兩端，根據(jù)加和零件形狀的不同，頭架和尾架中間可以裝莫氏錐度頂尖、卡盤(pán)或者氣動(dòng)，為了適應(yīng)砂輪和加工工件，可對(duì)工作臺(tái)的位置進(jìn)行調(diào)整。由于不同零件一，，

數(shù)控外圓磨床在工作時(shí)床身承受的載荷主要有磨削力、工作臺(tái)總成重力、砂逡逑輪架總成重力等。其中磨削力Ｐ可以分為Ｘ、Ｙ、Ｚ三個(gè)互相垂直的分力，其中徑逡逑向分力＆最大，，軸向分力最小，其比值約為八：：邋ｐｚ＝0．２：（１．５？２．５）：１，如圖３．１逡逑所示［３４］。其中，徑向磨削分力主要是通過(guò)頭架和尾架傳遞給工作臺(tái)，使其彎扭變逡逑形發(fā)生在水平面上，切向磨削分力以及頭架尾架的重量垂直作用在床身上，使其逡逑在垂直面上產(chǎn)生彎扭變形。逡逑ｉＺ逡逑——邐，邐邋ｖ逡逑邐ｆ二逡逑－丨．：Ｔｈ－．．．．．．．．．．．．逡逑ＧｊＩ邐ｉ逡逑Ｕ．．邋！逡逑邐．＿＿！——：邐邐邐逡逑圖３．１邋ＭＫＳ１３２０數(shù)控外圓磨床載荷示意圖逡逑３．２．１磨削力分析逡逑磨削時(shí)作用于工件和砂輪之間的作用力就是磨削力，在外圓磨削時(shí)分為三個(gè)逡逑分力，分別是軸向分力、法向分力和切向分力。如圖３．２所示。逡逑Ｆｃ－切向磨削力（砂輪旋轉(zhuǎn)的切線方向）逡逑Ｆｐ－法向磨削力（砂輪與工件接觸面的法線方向）逡逑憐－軸向磨削力（縱向進(jìn)給方向）逡逑圖３．２外圓磨削力示意逡逑切向磨削力稱(chēng)為主磨削力，是確定磨床電動(dòng)機(jī)功率的主要參數(shù)依據(jù)，法向磨逡逑１４逡逑
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG596

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本文編號(hào)：2663386