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1、分类号_密级_ _编号_ 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 轴承套圈自动车床主轴箱动态特性分析 学位申请人：学位申请人： 学科专业：学科专业：机械制造及其自动化机械制造及其自动化 指导教师：指导教师： 答辩日期：答辩日期： 华东交通大学 硕士学位论文任务书硕士学位论文任务书 研究生姓名学号 学院（系）机电工程学院 专业 机械制造及其自动化 专业方向 论文题目 轴承套圈自动车床主轴箱动态特性分析 要求完成时间 选题来源横向课题 主要研究任务：主要研究任务： 1、广泛查阅机床动态特性研究的相关文献，了解机床整机与机床零部件动态特 性研究的概况，以及国内外对机床及主要零部件动态特性的研究方法和主要
2、研究成 果，确定课题研究方案。 2、了解轴承套圈自动车床主轴箱的工作原理，根据的设计要求及加工工况，以 高速粗车削为例分析其受载荷情况。 4、应用 ProE 软件对主轴箱进行三维建模，并对主轴箱三维模型进行合理简化， 建立主轴箱及其主轴组件、箱体的有限元模型，计算其在静力作用下的应力应变。 5、分析适用于动力学特性分析的各种模态提取方法及其优缺点，基于合理的有 限元模态提取方法对主轴箱及其主轴组件、箱体进行模态分析，得到各阶固有频率， 分析其各阶模态和振型。 6、利用 ANSYS 有限元软件进行前处理、分析计算，对主轴箱及其主轴组件、 箱体进行谐响应分析，得到位移响应曲线。 7、在上述分析基础
3、上，对主轴和箱体两个关键部件进行优化，提出改结构结构 和刚度的合理方案。 ，得到位移响应曲线。 6、在上述分析的基础之上，对液压刀塔的关键部件进行了优化分析，提供了改 善高速车床液压刀塔箱体结构和刚度的合理方案。 接受任务时间 2012 年月 日 学生签名 导师签名日期 年 月 日 华东交通大学华东交通大学 20122012 届硕士学位论文届硕士学位论文高速高精数控车床液压刀塔动态特性分析高速高精数控车床液压刀塔动态特性分析机电工程学院机电工程学院 独创性声明独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地
4、方 外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华 东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 本人签名_日期_ 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明 本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论 文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密期内容。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密期内容。 本人签名_导师签名_日期_ 摘要
5、I 轴承套圈自动车床主轴箱动态特性分析轴承套圈自动车床主轴箱动态特性分析 摘要摘要 随着制造业对数控加工的速度和精度要求日益提高，人们对高速高精数控机床的 研究也不断深入。高速高精数控机床有着高转速、大进给速度、高运动精度和高加工 精度的特性，需要其零部件具备高精度和良好的动力学性能和热力学特性来保证。液 压刀塔是数控车床的关键功能部件，因此，对液压刀塔在设计阶段进行性能评价，或 在改进定型前进行优化，有利于提高机床整机以及液压刀塔的质量、可靠性和经济性。 本文是针对江西省教育厅“光机电一体化”产学研重点项目“高速高精数控车床研发” 的内容进行研究的。该项目资助的“GSCK200A 型高速高精
6、数控车床”已由南昌凯新精 密机械有限责任公司投资生产。论文主要采用有限元分析法，针对该项目的液压刀塔 进行动力学特性研究，将理论模型和特性分析结果与实际情况进行了比对，并对其中 的关键部件进行了优化分析，提出优化方案。 本文主要内容如下： （1）广泛查阅机床动力学研究的相关文献，了解机床整机和机床零部件动态特性 研究的概况，以及国内外学者主要的研究方法及研究成果。 （2）分析 GSCK200A 型数控车床的液压刀塔的结构，确定在粗加工工况下的切 削力和离合器间拉紧力的大小，并对主要受力的关键部件刀盘和离合器进行静态分析。 （3）利用 ANSYS 软件对刀塔及其关键部件进行动态特性分析，主要进行
7、了模态 分析和谐响应分析。 （4）运用有限元分析软件 Hypermesh 对液压刀塔的关键部件进行结构优化分析， 提出了结构优化方案。 关键词：关键词：高速高精，数控车床，液压刀塔，有限元法，动力学特性，谐响应，优化 ABSTRACT II Characteristics Analysis for the Hydraulic Tool Turret of High- speed & High-precision CNC Lathe ABSTRACT Along with the increasing advance of requirements of NC machining speed a
8、nd precision by manufacturing， deepening of the study on high-speed & high-precision CNC lathe are attracting more attention. The components parts need to have high-precision and excellent structural characteristics which can ensure the high rotating speed， max feed rate and high machining accuracy
9、of the high-speed & high-precision CNC lathe. Therefore， CNC lathe need to get performance evaluation in the design stage or to be optimized before improvement and setting， that would contribute to improving the quality， reliability and economy of the CNC lathe. This article focuses on Jiangxi provi
10、ncial key project of “Research & Development for High-speed & High-precision CNC Lathe”. GSCK200A high-speed & high-precision CNC lathe which was subsidized by this projec has been invested and producted by Nanchang Kaixin Precision Machinery Co.，Ltd. By using finite element analysis method， this ar
11、ticle made a dynamics performance properties research on the hydraulic tool turret of this project， and compared theoretical models and properties analysis results with the actual conditions. The article contains follow main contents： (1)Extensively consult the literatures related to lathe dynamic c
12、haracteristics. Learn about the dynamic characteristics research survey about the lathe whole machine and components parts， and investigate the common method and important achievements of the dynamic characteristics research home and abroad. (2)This paper Analysis structure of the hydraulic tool tur
13、ret of the GSCK200A CNC lathe， caculates the cutting force and tensioning force in rough cutting condition， and then makes a static analysis of the hydraulic tool turret and key part of the tool turret cutter head and clutch (3).By using ANSYS， this article analyses the dynamic characteristics of th
14、e hydraulic tool turret and its key parts. This main job includes modal analysis and harmonic response analysis. (4) Optimized analysis is carried out for box of the hydraulic tool turret through using finite element software Hypermesh， and a reasonable improvement for the structure is provided. Key
15、 words: high-speed & high-precision， CNC lathe， hydraulic tool turret， finite element method， dynamics characteristics， harmonic response， optimization ABSTRACT III 目录 IV 目录目录 主要符号说明I 第一章 绪论1 1.1 课题的来源 .1 1.2 研究的背景和意义 .1 1.3 国内外研究概况 .3 1.4 本文主要研究内容 .5 第二章 轴承套圈自动车床主轴箱结构的静态分析6 2.1 主轴箱的组成结构 .6 2.2 静态分析
16、理论基础 .7 2.3 有限元理论基础 .8 2.3.1 有限元方法介绍8 2.3.2 ANSYS 有限元软件介绍 9 2.3.3 ANSYS workbench 平台简介及前处理和后处理功能介绍 2.4 主轴结构的静力学分析 16 2.4.1 主轴箱结构有限元模型的处理.16 2.4.2 受力分析和约束条件的确定.11 2.4.3 主轴的静力学分析.17 2.5 箱体结构的静力学分析 16 2.5.1 主轴箱结构有限元模型的处理.16 2.5.2 受力分析和约束条件的确定.11 2.5.3 箱体的静力学分析.17 2.6 本章小结 23 第三章 主轴箱结构的动力学分析.24 3.1 结构动态分析的理论基础 24 3.1.1 模态分析
