【摘 要】
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高速加工作为一项很有前景的先进制造技术,是以大幅度提高切削速度来达到提高生产率和降低生产成本的现代制造技术。高质量的高速机床是实现高速切削的首要条件,而作为高速机
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高速加工作为一项很有前景的先进制造技术,是以大幅度提高切削速度来达到提高生产率和降低生产成本的现代制造技术。高质量的高速机床是实现高速切削的首要条件,而作为高速机床的核心部件的高速电主轴对高速机床实现高速切削加工具有决定性的影响,作为高速机床关键部件的自动换刀装置也对其有重要的制约作用。因此对高速电主轴单元的动静态特性进行分析,对自动换刀装置的关键结构进行有限元仿真分析,都对提高高速机床的性能具有非常重要的意义。
本文通过ANSYS分析软件,使用有限元分析方法对高速电主轴的动静态特性和自动换刀装置的关键结构受力进行了分析研究。具体内容包括:
(1)通过分析高速电主轴的结构特点及对其轴承和主轴进行理论分析和计算,得到了轴承径向刚度和主轴静刚度的理论计算结果。并对高速电主轴进行二维静态有限元建模,经过ANSYS分析计算,得到高速电主轴的静刚度,与理论计算得到的静刚度进行了比较。两者差距在一定范围内,电主轴的静力分析结果是正确的,高速电主轴的设计符合要求。
(2)对高速电主轴进行了比较精确的三维实体有限元建模,经ANSYS软件的计算分析,获得了高速电主轴的模态;分析得到高速电主轴的固有频率、振型和临界转速,电主轴的工作转速远小于临界转速,能有效避开共振区,设计比较合理;对高速电主轴进行了实验模态分析,并把模态实验获得的结果和仿真分析得到的结果进行了对比分析,两者差距都在一定范围以内,建立的仿真模型是合理的;分析了高速电主轴不同跨距对电主轴本身的前三阶模态频率的影响,得到电主轴的最优跨距范围。
(3)分析了自动换刀装置的基本结构,对自动换刀装置进行了受力分析;对影响自动换刀装置正常工作的关键结构进行了分析;通过ANSYS软件中的接触分析,对自动换刀装置中六角轴的滚子进行了静力仿真,得到了滚子各部分的应力云图,获得滚子结构的最大应力位置,即滚子容易发生故障的位置。
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