大型数控落地镗铣加工中心动态特性分析及主轴箱优化

摘要

数控技术是先进制造技术的核心之一，关系到国家工业的战略地位和综合国力水平。随着机床向高速度、高精度、高柔度方向的迅速发展，除了要求机床重量轻、成本低、使用方便和具有良好的工艺性外，还着重要求机床具有愈来愈高的加工性能，而机床的加工性能又与其动态性能紧密相关。事实证明，随着机床加工性能的不断提高，对机床动态性能的要求也愈来愈高。
　　本文以TH6918大型数控落地镗铣加工中心为研究对象，利用ANSYS Workbench作为分析工具，对其进行有限元分析及优化。首先应用三维软件建立大型数控落地镗铣加工中心三维模型。并利用理论计算法和实验模态技术对结合面的动态参数识别，将结合面的动态参数综合到整机动力学模型中。在考虑结合面参数的情况下用有限元软件对机床整机进行模态分析，得到机床的固有频率以及相应的振型云图。其次对主轴箱进行静态刚强度分析，计算了主轴箱的应力和总变形情况，结果表明主轴箱的强度较好，有足够的抵抗破坏的能力。并对主轴箱进行模态分析，计算主轴箱前六阶的固有频率和振型，得出主轴箱主要薄弱环节并提出结构改进意见，为主轴箱的优化方向提供指导。最后对主轴箱进行拓扑优化，并通过拓扑优化的结果，分析主轴箱可以进行优化的区域，使主轴箱材料得到充分的利用。综上，将有限元方法和优化技术相结合，找出合理的结构优化参数，以原结构为依据对主轴箱提出优化方案，并以减轻重量为优化的目标，对方案进行分析。分析结果表明，该方案主轴箱动态性能有了一定程度的提高，并且主轴箱的质量减少了507.1kg，减轻了约6.19%，达到了拓扑优化的目的。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 机床动态特性及结合面研究概况

1.3 课题来源

1.4 课题研究的内容及目的

第二章 机床的建模及动态研究方法介绍

2.1 TH6918加工中心简介

2.2 机床有限元模型的建立

2.3 机床动态特性研究的理论基础

2.4 本章小结

第三章 机床结合面动态特性参数识别

3.1 结合面等效动力学模型

3.2 结合面等效动力学参数识别

3.3 频响函数测试技术

3.4 滑动结合面的动态特性试验

3.5 滑动导轨结合面阻尼及刚度计算

3.6本章小节

第四章 机床整机的有限元模态分析

4.1 模态分析概述

4.2 模态分析理论基础

4.3 机床整机模态分析

4.4 本章小结

第五章 主轴箱模态分析及结构优化设计

5.1 主轴箱简介

5.2 主轴箱的有限元静力分析

5.3 主轴箱的有限元模态分析

5.4 主轴箱优化

5.5 主轴箱优化

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论文