機(jī)械加工裝備正朝高速、高效、高可靠性和高精密方向發(fā)展,為滿足越來越高的加工工藝性能要求,其機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性顯得尤為重要。本文以CNC 8312A高速凸輪軸磨床為研究對象,結(jié)合國家863高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“超高速磨床設(shè)計(jì)和制造中的反問題與優(yōu)化技術(shù)研究”,對磨床主要部件及整機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了研究分析,并對高速磨床的床身、主軸、砂輪架底座和主軸箱等主要部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)作了合理優(yōu)化與設(shè)計(jì)。論文主要內(nèi)容如下:(1)對自由狀態(tài)和約束狀態(tài)下的原床身和主軸的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析,找出其薄弱結(jié)構(gòu)并完成了優(yōu)化設(shè)計(jì)。論文探索了床身支撐位置及支撐數(shù)量的變化對床身動(dòng)態(tài)特性的影響,提出了相對較好的支撐設(shè)計(jì)方案。基于子結(jié)構(gòu)法,論文探討了不同形式、不同尺寸及不同壁厚的子結(jié)構(gòu)單元對床身動(dòng)態(tài)特性的影響�；诓牧系哪ゴ泊采韯�(dòng)態(tài)特性分析表明,在床身機(jī)械結(jié)構(gòu)相同時(shí)其動(dòng)態(tài)特性與床身材料有關(guān)。論文對高速磨床床身作了綜合優(yōu)化設(shè)計(jì),使床身動(dòng)態(tài)性能明顯改善。引入靈敏度分析法,以最佳動(dòng)態(tài)特性為目標(biāo)針對主軸的四個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析,得到了主軸動(dòng)態(tài)特性的最敏感參數(shù)為外伸段長度和空心直徑�；�45、65Mn、60Si2Mn和40Cr等主軸常用材料,對相同結(jié)構(gòu)下的磨床主軸進(jìn)行仿真分析表明常用主軸材料對主軸的低階模態(tài)頻率影響不大但振型位移方面40Cr主軸相對較小。綜合各方面因素提出了磨床主軸的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。(2)開展高速磨床主軸箱、砂輪架底座、進(jìn)給工作臺的上臺面和下臺面等零部件的動(dòng)態(tài)特性分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對床身-工作臺裝配體,利用MSC.Patran/Nastran有限元分析軟件對影響組合體動(dòng)態(tài)特性的因素進(jìn)行了探討。針對砂輪架底座以輕量化為目標(biāo),基于參數(shù)DOE分析,采用L16(4~3)正交實(shí)驗(yàn)方案,作了三因素的直觀分析和回歸分析,得到了設(shè)計(jì)因素與目標(biāo)之間的線性回歸方程,提出了砂輪架底座輕量化設(shè)計(jì)最優(yōu)方案。(3)基于傳遞矩陣法對高速磨床主軸-砂輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)作了臨界轉(zhuǎn)速分析、穩(wěn)定性分析和不平衡響應(yīng)分析,獲取了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的低階臨界轉(zhuǎn)速和共振峰值,分析表明轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不存在臨界負(fù)荷問題且轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)比較理想。(4)利用基于假想材料的高速磨床導(dǎo)軌結(jié)合部模擬技術(shù)和吉村允孝積分法,得到了高速磨床導(dǎo)軌結(jié)合部和螺栓連接結(jié)合部的等效剛度和阻尼系數(shù),在此基礎(chǔ)上對原磨床整機(jī)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性分析。提出了基于模態(tài)頻率錯(cuò)位法的高速磨床整機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法并驗(yàn)證了該方法的有效性。基于連接螺栓數(shù)量與直徑對螺栓固定結(jié)合面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),研究表明適當(dāng)增加連接螺栓直徑或增加連接螺栓的數(shù)量均可以大幅度提高螺栓固定結(jié)合面的剛度和阻尼,有益于提高高速磨床整機(jī)動(dòng)態(tài)性能。提出了基于最小切點(diǎn)位移的高速磨床整機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。(5)采用單點(diǎn)激勵(lì)、多點(diǎn)拾振的單輸入多輸出方法(SIMO法),利用LMS SC-305-UTP動(dòng)態(tài)信號采集分析系統(tǒng)開展了對磨床主軸和床身-工作臺組合體的動(dòng)態(tài)特性分析與測試,實(shí)驗(yàn)表明本文所建立的有限元模型能比較真實(shí)地反映出高速磨床實(shí)物的動(dòng)態(tài)特性,理論模型具有較好的可靠性。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG580.2
【部分圖文】：

義子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，已使動(dòng)力學(xué)分析加工裝備研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)、鑒速磨床相比其他類型的機(jī)床設(shè)備，是一制造廠家的設(shè)計(jì)和制造手段相對落后，傳統(tǒng)研究方法一般都是建立在許多假設(shè)造、實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)、再制造和再改進(jìn)，最人力、物力、經(jīng)費(fèi)和時(shí)間的實(shí)車試驗(yàn)來目則只能依靠沒有充分科學(xué)分析的經(jīng)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)磨床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文學(xué)分析與仿真技術(shù)，在概念設(shè)計(jì)階段即免重大設(shè)計(jì)失誤，在磨床樣機(jī)生產(chǎn)和試產(chǎn)和預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果。總之，使高速磨床來(圖 1.1)，盡可能減少?zèng)]必要的經(jīng)費(fèi)投

按砂輪線速度 v 的大小可以將磨削加工分為普通磨削(v<45m/s)、高速磨削(45≤v<150m/s)和超高速磨削(v≥150m/s)[11]。相比其他方法，磨削特別是高速和超高速磨削具有效率高、加工精度高、磨削力小、磨削溫度低、砂輪壽命長、加工表面完整性好、自銳性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，容易實(shí)現(xiàn)對難成形材料的精加工。隨著技術(shù)的進(jìn)步、高強(qiáng)度新材料的應(yīng)用以及對機(jī)械零部件的精度和壽命要求的日益增加，對磨削加工提出了新要求，尤其是高效高精密磨削裝備的研制問題。在磨削加工領(lǐng)域特別是高速磨削和超高速磨削加工方面，以德國為代表的歐洲引領(lǐng)磨削技術(shù)潮流，日本和美國亦有非常不錯(cuò)的表現(xiàn)[13][14]。引領(lǐng)先進(jìn)現(xiàn)代磨削加工技術(shù)正朝著研發(fā)精密及超精密磨削、使用超硬磨料磨具、高速、高效磨削工藝及磨床自動(dòng)化方向發(fā)展[15]。國外對高速磨削技術(shù)的研究起步較中國早，上世紀(jì) 30 年代初，德國切削物理學(xué)家 Carl.J.Salomon 在一系列切削實(shí)驗(yàn)后，提出這么一個(gè)假設(shè)“切削過程中切削溫度先隨著切削線速度的增加而增加，但在達(dá)到某一個(gè)峰值后下降，且切削不同材料溫度峰值不一樣”，并發(fā)表了著名的 Salomon 曲線(速度溫度曲線)(圖 1.3)[16]，明示了提高切削速度可以提高材料去除率的假說。

特別是起支撐作用的床身和工作臺部分及因此研究高速磨床組合機(jī)械結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模對周期具有很重要的意義。本文采用動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)法分別對各子結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化建模，并通過實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｈ缓笤谝呀⑵鸬恼_的子結(jié)構(gòu)有限元模型的基接起來組成高速磨床整體有限元模型，各結(jié)合部進(jìn)行修正。我們將高速磨床的床身、工作臺、主結(jié)構(gòu)，對各個(gè)子結(jié)構(gòu)建模時(shí)又將其拆分為若干個(gè)速磨床機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次圖如圖 3.2 所示。床身是磨床最笨重的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通常設(shè)計(jì)目標(biāo)是撐穩(wěn)定性，床身一般是鑄造箱體結(jié)構(gòu)，其形狀結(jié)模時(shí)，通常忽略掉對整體模態(tài)影響不大的細(xì)小結(jié)和結(jié)構(gòu)尺寸將床身拆分為導(dǎo)軌、加強(qiáng)隔板和床身本個(gè)獨(dú)立的小結(jié)構(gòu)，對每個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)以其結(jié)構(gòu)尺寸件進(jìn)行參數(shù)化實(shí)體建模，組合起來即是床身的參數(shù)

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 施文康;朱立彥;D·Bogy;;檢測磁盤機(jī)磁頭空氣支承動(dòng)態(tài)特性的新方法[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);1987年01期

2 董麗云;;大直徑控制閥的動(dòng)態(tài)特性(下部分)[J];汽輪機(jī)技術(shù);1987年02期

3 周天愚,鄭武;氣體燃料系統(tǒng)大容積空間對燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)態(tài)特性的影響[J];燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù);1988年01期

4 儀垂杰,呂興才,姜興序;YZ-530型剁銼機(jī)動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)研究[J];吉林工學(xué)院學(xué)報(bào);1988年01期

5 蕭燦章;林敦祥;巨鋒;;復(fù)合材料動(dòng)態(tài)特性的研究述評[J];機(jī)械強(qiáng)度;1988年02期

6 王藹人;;鍋爐-汽輪機(jī)機(jī)組動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型[J];電力技術(shù);1988年04期

7 毛可久,王旭;發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及加力動(dòng)態(tài)特性的仿真研究[J];航空學(xué)報(bào);1989年07期

8 張克仁,顏景平;包裝箱跌落過程中的動(dòng)態(tài)特性[J];包裝工程;1989年04期

9 王太勇,張紀(jì)鎖,張策;彈性圓板結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性的理論計(jì)算和估算[J];天津大學(xué)學(xué)報(bào);1989年04期

10 蘇超;超高速調(diào)制下DSM—LD動(dòng)態(tài)特性的研究[J];光通信研究;1989年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 肖世富;杜強(qiáng);胡紹全;向榮山;徐有剛;;離心場中結(jié)構(gòu)單元的動(dòng)態(tài)特性[A];中國工程物理研究院科技年報(bào)（1999）[C];1999年

2 谷卓偉;金孝剛;張清福;孫悅;;高溫下HR-2抗氫鋼的動(dòng)態(tài)特性[A];中國工程物理研究院科技年報(bào)（1999）[C];1999年

3 楊凱;楊慶東;;高速機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究[A];2005年中國機(jī)械工程學(xué)會年會論文集[C];2005年

4 文廣;劉兆有;趙雪芹;左芳君;劉平平;李華志;蘇睿;;減速器齒輪軸動(dòng)態(tài)特性及靈敏度分析[A];四川省機(jī)械工程學(xué)會第三屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2018年

5 李大耀;;條件最優(yōu)控制的求解原理[A];中國空間科學(xué)學(xué)會空間探測專業(yè)委員會第十次學(xué)術(shù)會議論文集[C];1997年

6 馮志鵬;張毅雄;臧峰剛;;直管動(dòng)態(tài)特性與流致振動(dòng)的數(shù)值模擬[A];壓力容器先進(jìn)技術(shù)——第八屆全國壓力容器學(xué)術(shù)會議論文集[C];2013年

7 楊瑞光;孫明瑋;陳增強(qiáng);;典型慣性環(huán)節(jié)的自抗擾控制性能分析[A];第二十九屆中國控制會議論文集[C];2010年

8 李春雷;胡曉;馬懷發(fā);;全級配混凝土動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)研究綜述[A];現(xiàn)代水利水電工程抗震防災(zāi)研究與進(jìn)展（2011年）[C];2011年

9 李盛林;;關(guān)于地面風(fēng)預(yù)處理算法的研究[A];中國氣象學(xué)會2005年年會論文集[C];2005年

10 王美霞;劉存芳;林頤清;趙斌;;溴化鋰吸收式制冷機(jī)動(dòng)態(tài)特性的仿真研究[A];第九屆全國冷水機(jī)組與熱泵技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集[C];1999年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 清華大學(xué) 萬辛　鄭小平 張漢一;光網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性與可擴(kuò)展性[N];人民郵電;2009年

2 黃明;新發(fā)明——血液動(dòng)態(tài)特性檢測儀[N];廣東科技報(bào);2000年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 陳桂平;高速磨床動(dòng)態(tài)特性及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];湖南大學(xué);2018年

2 侯友夫;帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)特性及控制策略研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2001年

3 王永輝;快速控制反射鏡結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)特性的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2004年

4 錢樂平;磁性液體加速度傳感器的理論及實(shí)驗(yàn)研究[D];北京交通大學(xué);2017年

5 周瑋;高速大功率柴油機(jī)曲軸動(dòng)態(tài)特性及軸承潤滑性能仿真分析研究[D];北京理工大學(xué);2016年

6 蔣丹;存在氣泡和氣穴時(shí)無閥微泵動(dòng)態(tài)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

7 郝慶一;基于并行格子氣方法的單向行人流復(fù)雜動(dòng)態(tài)特性研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

8 楊軍;風(fēng)力發(fā)電機(jī)行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)變載荷激勵(lì)動(dòng)力學(xué)特性研究[D];重慶大學(xué);2012年

9 曹宇寧;液壓集成塊智能校驗(yàn)系統(tǒng)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2009年

10 賀李平;汽車減振器動(dòng)態(tài)特性仿真技術(shù)研究[D];北京理工大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉蘭香;考慮碰撞彈跳的直流大功率接觸器動(dòng)態(tài)特性分析方法與改進(jìn)設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

2 汪凱;擺動(dòng)式拋光磨頭的動(dòng)態(tài)特性研究[D];安徽理工大學(xué);2018年

3 陳中青;基于有限元方法的結(jié)合面動(dòng)態(tài)特性參數(shù)辨識及應(yīng)用研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2012年

4 王蓓蓓;Python動(dòng)態(tài)特性對軟件維護(hù)的影響研究[D];南京大學(xué);2016年

5 王志鵬;面向CPS的高速數(shù)控車削動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測系統(tǒng)[D];南昌大學(xué);2017年

6 何極峰;基于單片機(jī)的可配置動(dòng)態(tài)特性補(bǔ)償濾波器設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D];南京理工大學(xué);2016年

7 胡文化;帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)特性數(shù)值模擬方法的研究[D];西安科技大學(xué);2005年

8 楊斌;某型裝甲車輛變速箱主軸故障動(dòng)力學(xué)研究[D];中南大學(xué);2013年

9 王鑫;四自由度高速重載工業(yè)機(jī)器人動(dòng)態(tài)特性的研究[D];燕山大學(xué);2014年

10 江維;含集中質(zhì)量的復(fù)雜域彈性板模態(tài)分析[D];北京交通大學(xué);2008年

本文編號：2811392