基于有限元技术的CA6140机床主轴静动态分析
基于有限元技术的CA6140机床主轴静动态分析
摘 要
主轴是卧式机床的核心部件之一，加工中心的高精度、高速度、高刚性均要在主轴上有所体现，主轴也是最代表机床技术水平的关键部件。近年来美国、日本、德国、意大利、英国、加拿大和瑞士等工业强国争相投入巨资大力开发主轴技术。著名的有德国的gmn公司、siemens公司、意大利的gamfior公司及日本三菱公司和安川公司等，他们的技术代表了这个领域的世界先进水平，这些高水准主轴普遍具有功率大、转速高、采用高速、高刚度轴承，精密加工与精密装配工艺水平和配套控制系统水平高等特点。
ANSYS是一个通用性很强的分析软件，本文利用ANSYS有限元分析软件与solidworks三维建模软件相结合，对主轴进行动态和静态仿真并分析，基于两种软件各自的有点，首先在solidworks软件中建立主轴的三维模型，将三维模型转换成parasolid-x_t格式，将转换完的模型导入ANSYS软件中建立有限元模型，通过理论计算确定切削载荷以及约束条件，设置其材料参数，并对网格进行划分，条件设置完成后，进行求解，得出主轴的静态和动态分析结果，并对可视化图形进行分析论证。
数控机床主轴系统的动态特性直接影响着机床的加工精度、加工效率。文章在总结前人研究成果的基础上，对数控机床主轴系统动态分析方法进行了综述研究。介绍了表征主轴系统动力学特性的参数，主要有静刚度、动刚度、极限切削宽度、固有频率及振型、阻尼特性和动响应。对现有的关于主轴系统动态特性分析方法进行了归纳与总结, 主要包括有限元法、传递矩阵法、阻抗耦合法、实验法等。指出了主轴系统结合部的动力学建模与参数辨识是研究主轴系统动态特性的关键问题。最后，简要论述了主轴系统动力学研究的发展趋势，即未来应从主轴系统的精准建模、动力学综合优化和动态测试及分析等方面进行深入研究。
关键词: 主轴系统; 动力学; 分析方法; 数控机床
目录
摘 要 III
Abstract IV
第1章 绪论 6
1.1 有限元在机床主轴领域的应用 6
1.2 机床主轴的发展方向 7
1.3机床主轴的动静态分析 8
1.4课题的研究意义 10
第2章 轴的设计计算 11
2.1电机的选择 11
2.2传动系统的设计 12
2.3齿根弯曲强度设计 15
2.4轴的刚度计算 17
2.5 本章小结 19
第3章 数控机床主轴三维设计 20
3.1主轴系统组成 20
3.2主轴材料及热处理 20
3.3三维软件介绍 20
3.4主轴的三维建模 22
3.5本章小结 22
第4章 数控机床主轴的有限元分析 23
4.1主轴分析存在的问题 23
4.2有限元前处理 23
4.3 ANSYS分析的后处理 29
4.4本章小结 36
结论 37
致谢 38
参考文献 39
参考文献
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