1、分类号_ 密级_ 编号_硕 士 学 位 论 文轴承套圈自动车床主轴箱动态特性分析学位申请人：学科专业： 机械制造及其自动化指导教师：答辩日期：华东交通大学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：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。
2、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，
3、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2012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机电工程学院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本人完全了解华东交通大学有关保
4、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。本人签名_导师签名_日期_摘要I轴承套圈自动车床主轴箱动态特性分析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
5、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
6、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：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ABSTRACTIICharacteristics Analysis for the Hydraulic Tool Turret of High-speed & High-precision CNC Lathe ABSTRACTAlo
7、ng with the increasing advance of requirements of NC machining speed and 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 ensu
8、re the high rotating speed， max feed rate and high machining accuracy 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， reliabili
9、ty and economy of the CNC lathe.This article focuses on Jiangxi provincial 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 Precisio
10、n Machinery Co.，Ltd. By using finite element analysis method， this article 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 content
11、s：(1)Extensively consult the literatures related to lathe dynamic characteristics. 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
12、 abroad.(2)This paper Analysis structure of the hydraulic tool turret 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 usi
13、ng ANSYS， this article analyses the dynamic characteristics of the 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，
14、 and a reasonable improvement for the structure is provided.Key words: high-speed & high-precision， CNC lathe， hydraulic tool turret， finite element method， dynamics characteristics， harmonic response， optimizationABSTRACTIII目录IV目录主要符号说明 .I第一章 绪论 .11.1 课题的来源 .11.2 研究的背景和意义 .11.3 国内外研究概况 .31.4 本文主要研究
15、内容 .5第二章 轴承套圈自动车床主轴箱结构的静态分析 .62.1 主轴箱的组成结构 .62.2 静态分析理论基础 .72.3 有限元理论基础 .82.3.1 有限元方法介绍 .82.3.2 ANSYS 有限元软件介绍 .92.3.3 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 .162.4.1 主轴箱结构有限元模型的处理 .162.4.2 受力分析和约束条件的确定 .112.4.3 主轴的静力学分析 .172.5 箱体结构的静力学分析 .162.5.1 主轴箱结构有限元模型的处理 .162.5.2 受力分析和约束条件的确定 .112.5.3
16、 箱体的静力学分析 .172.6 本章小结 .23第三章 主轴箱结构的动力学分析 .243.1 结构动态分析的理论基础 .243.1.1 模态分析的基本原理3.1.2 模态分析的方法3.1.3 模态分析基本步骤3.2 主轴模态分析 .283.3 箱体模态分析 .343.4 本章小结 .37第四章 主轴箱结构有限元谐响应分析 .384.1 谐响应分析理论基础 .384.1.1 谐响应分析的基本原理 .38目录V4.1.2 谐响应分析的方法 .394.1.3 谐响应分析的基本步骤 .394.2 主轴谐响应分析 .404.3 箱体谐响应分析4.4 本章小节 .44第五章 主轴箱结构的动态结构改进 .
17、455.1 优化设计理论 .455.2 OptiStruct 的优化分析 .465.3 优化设计模型的建立及优化分析 .475.3.1 主轴的优化5.3.2 箱体的优化5.4 本章小结 .49第六章 总结与展望 .506.1 主要工作回顾 .506.2 本课题今后需进一步研究的地方 .50参考文献 .51个人简历 在读期间发表的学术论文 .54致谢 .55主要符号说明I主要符号说明主切削力；zF背向力；y进给力；x主切削力系数；zFC背向力系数；y进给力系数；x切削深度；a进给量；f切削速度；离合器拉紧力；DF离合器的计算转矩；cT离合器牙分布的圆周平均直径；m轴直径；d滑键连接的摩擦系数；1牙面摩擦角；牙面倾斜角；离合器的理论转矩；T工作情况系数；K为结点力矩阵；TF弹性模量；E泊松比；为单元刚度绝阵；1质量矩阵；M刚度矩阵；K加速度向量；X位移向量；特征向量；i位移响应滞后激励载荷的相位角第一章 绪论1.1 课题的来源
