车削中心主轴动静态特性分析

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数控机床主轴加工过程中的动态特性控制方法

数控机床主轴加工过程中的动态特性控制方法数控机床主轴是数控机床中的关键组成部分，其加工过程中的动态特性控制方法对于保证加工质量和提高加工效率至关重要。

本文将介绍数控机床主轴加工过程中的动态特性，并探讨几种常用的动态特性控制方法。

首先，让我们了解数控机床主轴的动态特性是什么。

在数控机床加工过程中，主轴的动态特性主要包括振动、松动、热变形等问题。

振动是主轴加工过程中最常见的问题，会导致加工表面粗糙度增加、加工精度降低等质量问题。

松动是指主轴的连接件松动，造成主轴与机床的配合间隙增大，也会导致加工质量下降。

热变形是由于主轴在高速运转时会产生较大的摩擦热量，导致主轴变形，进而影响加工精度。

为了解决上述问题，可以采取一些动态特性控制方法。

首先，合理的刀具安装和主轴平衡是控制振动的重要方法。

在刀具安装过程中，要保证刀具与主轴的连接紧固，减少刀具的偏心，避免因刀具偏心引起振动。

同时，在主轴的制造和装配过程中，进行动平衡调整，以减小主轴在高速运转时的振动。

在实际应用中，还可以通过定期检查和校正来保持刀具安装的准确性和主轴平衡的状态。

其次，采用合适的切削参数和工艺策略也可以有效控制主轴的动态特性。

通过合理选择切削速度、进给速度和切削深度等切削参数，可以减小主轴的振动和噪音。

此外，采用合理的工艺策略，如切削过程中的半径补偿和切削力控制等，也能减小主轴的振动，提高加工质量和效率。

此外，还可以利用各种传感器来监测主轴的动态特性，并通过反馈控制方法进行控制。

例如，可以通过在主轴上安装加速度传感器来实时监测主轴的振动情况，并通过反馈控制方法来调整切削参数和工艺策略，从而实现主轴的动态特性控制。

最后，定期维护和保养主轴也是保证主轴动态特性稳定的重要手段。

定期清洗和润滑主轴的连接件，检查主轴的工作状态，及时更换磨损的零部件，可以延长主轴的使用寿命，保持其稳定的动态特性。

总结起来，数控机床主轴的动态特性控制方法包括合理的刀具安装和主轴平衡、采用合适的切削参数和工艺策略、利用传感器进行监测和反馈控制以及定期维护和保养主轴。

机床主轴动静态性能实验研究

关键词：主轴刚度；坐标镗床；试验分析
表２主轴静态变形测试数据表１主轴静态变形测试数据（第一次测试）（第二次测试）主轴作为机床的主要组成部分，其性能的好坏直接决定了机床的性能的高低。主轴单元的动静态特性加载力刀柄前端位移刀桶前喘位侈裁力刀柄前端位移刀柄前端位移加裁次数卸裁次数卸载力卸貔撇卸戟力包括主轴的变形、共振频率、临界转速和动态响应等，加载次数【 Ⅳ ）（ｕｍ）（ＬＬｍ）１Ｎ）（ｍ）其对主轴的速度和精度性能有极大的影响，主轴性能初始值００初始值０＿２９初始值初始值７测试实验ｆ堤研究主轴动力学特性及工作性能的重要１１０７２８１１ｃ２３１儿１１Ｏｌ０７吧５组成部分，在理论研究的基础上，通过实验测试验证２０１８３２８９２１ —４９２ｌ９８１．８理论模型的正确性和精确性，对于完善理论模型，进３０Ｌ４３。。７１ａ０３ｏ７１３１３２ｃ２１４９而使理论仿真结果可以直接指导主轴的设计计算以４０１１９１４ ∞ ０４４ｃ３＆９４３９４３及推广理论仿真的应用研究具有重要意义。５。６斟１５翻７５５０１１ｇ９１主轴静刚度测试实验 ∞ ｌ凰８６ｓ循ｌａ４Ｓ５９９３主轴静刚度是主轴轴承和主轴刚度的综合反映，７０５３５７３８５７０４３１９在高速运转过程中，机床主轴在静刚度值低的情况８ｌ２９８８０２８８。３４ｌ＿９８８ｃ２４４９下，会出现挠度增加，变形加大，影响加工精度等问９９００４７５９螗８９１５３５８９９００她Ｉ题。掌握准确的主轴静刚度值是提高机床加工精度的１Ｏｌ０１３ｌ０ｌ０１２４ｌ１９９Ｓ４ａｌ５５２１０１Ｏ１３５５２前提条件之一，而对主轴进行静刚度测试是获得静刚根据实验步骤对主轴进行加载条件下静刚度测试实验，按照上度最直接，最有效的方法。本文先后进行了主轴静刚度测试实验、模文所述实验步骤重复测量三次，主轴前端在载荷作用下的静态变形态测试实验、动态响应测试实验、频率响应函数测试实验测试数据分别如表１、表２和表３所示。Ｉ．１实验内容和目的表３主轴静态变形测试数据（第三次测试）主轴静刚度口是指在切削力的作用下主轴抵抗变形的能力，通加载次数加载力刀柄前端位卸载次数卸载力刀柄前端位常以主轴前端产生单位位移时，在位移方向上所施加的作用力来表（Ｎ）移（ＩＩ）移（ｍ）示。现对某机床厂生产的ＴＧＫ４６１００高精度数控卧式坐标镗床主轴初始值０ — １０初始值０ — ９４进行静刚度测试，采用加载装置对主轴垂直方向进行加载，并利用１１２６ — ２．５ｌ１０４ — ２．９２２１０１．６２２０９３３千分表测量刀杆前端位移。根据静刚度定义对测量数据进行拟合得３３０５７．４３２９５８．４到加载力与变形拟合曲线，其斜率即主轴系统的静刚度。４４１４１２．４４３９３１４１当在机床主轴与工作台之间，沿与ｘ轴、Ｙ轴和ｚ轴夹角为５５１６１９．０５４８３１９．４３００的方向施加静载荷时，分别测量主轴相对工作台在ｘ向、Ｙ向、６６１１２３，９６５９７２５．９ｚ向的位移，以得到主轴部件相对于机床工作台的径向静刚度和轴７７０９３０．１７７００３２．１向刚度。８８１９３６．０８７９３３７０９．９１１４１．８９９０８４４．１在工作台和主轴系统之间施加作用力，测量主轴系统相对于工１０１００４４７１ｉ０１００４４７．１作台面的变形，寻找机床的受力薄弱环节。试验结果分析：机床在承受切削力作用下抵抗变形的能力，直接影响到机床的对于以上测试数据进行拟合，得到静刚度表达式和拟合曲线，加工效率，间接反映了机床抵抗切削颤振能力，同时也反映了机床所示。结构设计，机床各主要部件的刚度强弱和刚度分配是否合理，材料拟合曲线斜率即静刚度值。如图２的选用是否达到最佳等。１．２试验条件实验仪器包括：力加载装置，用于径向力加载；力传感器，型号Ｅ为中国航天科技集团公司ＹＦＦ一６ — １０８，通过数显装置即可读取力的蹬大小；千分表，精度为０．Ｏ０１ｒｎｍ，用于测量主轴在力负载下的变形遒

机床静态及动态分析

这是一种数值法，于是一些复杂的问题可以通过转化为数学模￡＝Ｂｑ，于是单元的应力为＝ＤＢｑ，３个主应力可以通过下面的
关系方程式计算。３个不变应力张量是：
１、一ｏ＋。＋吼
静态分析计算结果显示的是施加静载荷的影响，由于变形速度和加速度都很小，于是忽略了惯性力和阻尼力。因此，静态分析包括稳定的惯性载荷（如重力和旋转速度）和随时间变化的载倚，即近似地认为静态当量载荷（如通常以许多建筑物代码定义的当量风载和地震载荷）。静态分析是为了确定施加不会导致严重惯性和阻尼效应的载荷后引起的构件或部件的位移、应力、应变和作用力。
表２机床结构的挠度值
机床
铣床
车床
的。例如固定坐标系Ｕｖ—Ｕｘ一０和旋转坐标系Ｒ一Ｒ一
Ｒ一Ｏ，位移约束应用于解决固定面自由度问题。施加在组件
１＿２动态分析
ｊ２一
＋：＋口一一一
ｒｒ一ｄｒ２一６２一
：
ｌｊ一百匹：＋
２
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我们定义：
＆一一娶一ｆｌ２
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６一பைடு நூலகம்一ｚ（＋
２ √ 号
目一１
动态分析可以确定一个构件或部件设计时的振动特性（固有频率和振型）。同时它可以用来做更详细的动态性能分析，例如瞬态分析、谐响应分析、频谱分析等。动态分析是研究构件在振动激励下的动态性能。

数控机床主轴系统动力学特性分析

数控机床主轴系统动力学特性分析摘要：数控机床主轴系统的动力学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力学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力学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。

关键词：主轴系统动力学分析方法数控机引言数控机床主轴系统包含主轴、轴承、刀柄、刀具（或工件）等零部件，是数控机床的重要子系统。

主轴系统的动力学特性，直接影响工件的加工精度、表面粗糙度和生产率，因而围绕主轴系统的动力学设计与分析，受到了企业界及学者的广泛关注。

特别地，近年来以高速加工为特点的高档数控机床需求量与日俱增，因而主轴系统的动态设计就显得更加重要了，良好的主轴系统动力学性能主要体现在高刚度、振动小、变形小、噪声低，即具有优越的抵抗受迫振动和自激振动的能力。

目前，我国国产的高档数控机床的总体性能与发达国家相比还有一定的差距。

其中主轴系统动力学性能差是一个重要的原因，因而，如何提高主轴部件的动态性能，就成了机床制造业中的一个重要研究问题。

一、动力学特性的关键问题及未来的研究趋势表征主轴系统动力学特性的参数主轴系统的动力学特性是一个广义的概念，泛指与主轴系统抗振性、稳定性相关的所有性能指标。

二、主轴系统动力学特性的分析方法主轴系统动力学分析的主要内容创建主轴系统的动力学模型；分析确定表征主轴系统动力学性能的各种参数；对主轴系统动力学性能进行评价与预估；设计调整影响主轴系统动力学性能的各种要素，即实施优化设计。

长期以来，学者们在不断探索与实践中，围绕数控机床的主轴系统，提出了多种动力学分析方法。

主要包括有限元法、传递矩阵法、阻抗耦合法、实验分析法等。

2.1主轴系统动力学特性的有限元分析法利用有限元分析法可以对主轴系统进行静力学分析获取静刚度，动力学分析获得固有频率、动响应以及实施优化设计。

数控机床主轴静动态特性分析与优化设计

数控机床主轴静动态特性分析与优化设计数控机床主轴的静动态特性分析与优化设计在机床设计中扮演着重要的角色。

主轴的质量、刚度和动力性能直接影响着数控机床的加工精度和生产效率。

因此，针对数控机床主轴的静动态特性进行分析和优化设计是非常必要的。

首先，对数控机床主轴的静态特性进行分析是基础。

静态特性主要包括主轴的刚度、负载能力和转速范围。

刚度是指主轴在受力时的变形能力，直接影响着机床的切削精度。

负载能力指主轴能够承受的最大切削力或轴向力，取决于主轴的结构和材料。

转速范围则指主轴的最大和最小可工作转速，根据机床加工要求和主轴的功率决定。

其次，对数控机床主轴的动态特性进行分析是优化设计的重要环节。

动态特性主要包括主轴的运行平稳性、动态刚度和各模态的特性频率。

运行平稳性是指主轴在工作状态下的振动情况，对加工表面质量和刀具寿命有重要影响。

动态刚度是指主轴在受力时的变形能力在一定频率下的响应能力。

各模态的特性频率则表征着主轴在不同振动模态下的响应频率和振动幅度。

针对数控机床主轴的静动态特性，可以采取以下优化设计措施。

首先是通过优选材料和适当加工工艺来提高主轴的刚度和负载能力。

其次是采用适当的轴承和润滑方式，减小主轴的摩擦和磨损，提高运行平稳性。

此外，还可以通过调整主轴的结构和参数来提高动态刚度和各模态的特性频率。

例如，增加主轴的直径、改变轴承支撑形式等。

在数控机床主轴静动态特性优化设计过程中，还需要考虑与其他系统和结构的配合，如主轴驱动装置、刀具系统等。

同时，结合实际工艺要求和机床制造能力，进行多种参数的优化设计，以实现最佳的综合性能。

总之，数控机床主轴的静动态特性分析与优化设计是非常重要的工作，直接关系到数控机床的加工质量和生产效率。

通过对主轴材料、结构和参数的优化设计，可以提高数控机床主轴的静态刚度、负载能力和动态性能，进而提高数控机床的加工精度和生产效率。

数控机床关键部件动态特性分析

数控机床关键部件动态特性分析【摘要】现代科学技术不断发展，数控机床已经应用于各个企业中，而主轴组件是数控机床的最重要组成部分，主轴部件的动态性能好与坏直接影响着数控机床加工性能的优劣，本文就是针对主轴部件的动态特性展开理论分析和研究。

【关键词】数控机床；主轴部件；动态分析一、前言随着社会的不断进步，市场需求量日益增多，人们对产品质量的追求提高，企业为了能够适应市场发展环境就必须提高自身的加工技术，因此数控机床得以被广泛应用。

主轴部件是机床的重要部件之一，其精度、抗震性和热变性对加工质量都有直接影响，特别是数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响就更为严重。

数控机床主轴部件在结构上要解决好主轴的支承、主轴内刀具的自动装夹、主轴的定向停止等问题。

机床主轴的前部安装的刀柄刀具和被加工工件，直接参与切削加工的整个过程，其性能直接影响着精、表面粗糙度、加工质量及效率。

研究表明中型车床在不同频率的动载荷作用下,主轴部件在综合位移中所占的比例最大，未处共振状态下占30%～40%，共振状态下占60%～80%。

二、机床主轴动态研究的内容在数控机床当中无论哪一种类型的机床，其主轴同传动轴在使用的过程中，都是要进行运动和扭矩的传递来确保轴上的传动件以及轴承可以正常运作，二者的工作看起来很相似，但还是有区别的，主轴要直接去带动所要加工的工件或者刀具加工，因此主轴不仅仅具有一般传动轴的功能，还有更多的功能。

所以为了使整个主轴部件的整体精度可以得到保证，就必须要找出影响主轴质量的主要因素，消除各个因素当中不良的影响，只有这样主轴的整体质量才能不断的提升，查阅相关的资料可以知道，影响主轴质量的主要因素主要有以下的几个方面，分别是主轴的结构、主轴的主要参数、静刚度的设计验算、主轴材料及热处理和技术要求。

在这里需要特别说明的是主轴的硬度是直接影响主轴、主轴部件的精度和寿命的一个重要原因，同时也会影响机床的加工精度和使用寿命。

机床主轴有限元分析报告

机床主轴有限元分析基于ansys的机床主轴有限元分析摘要：随着高速数控机床的不断发展，对数控机床主轴的性能要求也开始逐渐提高。

机床主轴的动静态性能直接影响加工系统的精度和稳定性，因此，在设计阶段必须对其机床主轴进行相矢的性能校核。

利用有限元分析软件ANSY对s某机床主轴进行相应的分析，对其性能进行研究。

矢键词：ANSY，S主轴，有限元分析。

研究内容52问题描述：机床主轴材料为45号钢，弹性模量为2.06 x10 5 N.mm2，泊松比为0.3,儿何参数如下图。

图1主轴不意图主轴静态特性的基本概念主轴的静态特性反映了主轴抵抗静态外载荷的能力，静力学分析实际上是为了得到机床主轴在一定静态载荷作用下所产生的变形量。

在实际生产条件下，机床的主要失效形式大部分是由于机床的刚度不足而引起。

所以主轴静刚度的计算就显得尤为重要。

所谓的主轴静刚度实际上就是主轴的刚度，是机床主轴一个非常重要的性能指标，它直接反映出主轴负担载荷与抵抗振动的能力。

如果主轴的静刚度不足，主轴在切削力的作用下，会产生较大的变形量，并可能引起振动。

这样不仅会降低机床的加工精度、增大加工工件表面的粗糖度；也会对轴承造成较大磨损，破坏主轴系统的稳定性。

因此，主轴的静刚度是衡量机床性能的重要指标。

主轴的弯曲刚度的定义可以理解为：使主轴前端产生单位径向变形时，变形方向上所需施加的力F,即：主轴的静刚度，分为轴向静刚度与径向静刚度，上面提到的弯曲刚度实际上就是径向静刚度。

通常情况下，轴向刚度没有弯曲刚度重要。

弯曲刚度是衡量主轴刚度的重要指标，通常用来代指主轴的刚度。

1・主轴有限元模型的建立及边界条件的处理为了真实、准确、有效地对主轴进行特性分析，需要对机床主轴进行相应的简化。

对主轴的简化应该遵循以下原则：(1) 忽略对分析结果影响不大的细小特征，如倒角、倒圆等；(2) 对模型中的锥度和曲率曲面进行直线化和平面化的处理；(3) 忽略对主轴静态特性影响不大的零部件结构。

高速数控车床切削的动态特性测与分析

高速数控车床切削的动态特性测试与分析摘要:以高速数控车床 CK7516GS为研究对象,对其动态特性进行了多工况的振动测试并采用 Matlab 软件对数据进行了处理。

通过数据分析得到了各个工况的振动主频范围,并把各个工况对应的主频进行了对比,同时对振源进行了分析。

测试结果表明:高速数控车床不同工况下振动主频大部分都集中在 100 Hz附近,其振动主要由切削力、电主轴旋转不平衡以及电磁力不平衡引起的。

该分析为高速数控机床的系统动态设计和振动抑制提供了参考依据。

关键词:高速数控车床;振动;动态特性 ;Matlab20世纪90年代以来,以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的高速切削技术已经成为现代数控加工技术的重要发展方向之一。

航空航天、汽车、模具制造等对高速切削的认同与、高需求 ,推动着高速切削技术在国际上的迅猛发展。

目前,高速切削加工已成为国内外先进制造技术领域的重要科研项目之一。

笔者采用了大功率内装式电主轴、弹筒式主轴、直联结构的伺服电机和高刚性大导程滚珠丝杠等先进技术测试数控车床CK7516GS。

在数控车床CK7516GS高速车削加工过程中 ,振动是制约其加工精度的一个重要因素，对工件的加工质量具有重要的影响。

为了研究高速车床工作时的振动动态特性, 笔者针对主轴空运转、x和z空载进给运动和切削工件3种工况分别进行了现场测试和分析.该测试方法为同类机床的动态设计提供了依据.1 测试方案及内容1.1 测试目的在高速车床CK7516GS运行的不同工况下,通过加速度传感器采集机座、刀架和电主轴的振动数据,对数据进行处理和分析,从而得出其机械加工时的振动动态特性,并把各个工况对应的主频进行了对比,对振源进行了分析。

通过测试的方法来检验高速数控车床CK7516GS是否达到指定的技术要求。

1.2 测试仪器TS1102压电式加速度传感器；TS5863电荷放大器；自行设计的数据采集分析软件和台式计算机.1.3 测试系统框图测试过程中,在选取的测试点的 x,y,z方向上各安装一个压电式加速度传感器,通过自行设计的数据采集分析软件采集其对应的振动数据,其数据保存在在台式PC机上.测试系统示意框图见 1所示 .图1测试系统示意框图2、电主轴空运转测试数据及结果分析电主轴的运转是影响高速车床动态特性的重要因素,通过测试电主轴旋转时所引起的机床振动,可以获得空载时机床动态特性参数。

机床主轴动静态性能实验研究

机床主轴动静态性能实验研究主轴刚度是机床主轴系统重要性能指标，它反映了主轴单元抵抗静态外载荷的能力，与负荷能力及抗振性密切相关。

现对某型高精度数控卧式坐标镗床主轴刚度进行试验测试，验证理论模型的正确性，为进一步的理论分析及仿真提供可靠性依据。

标签：主轴刚度；坐标镗床；试验分析引言主轴作为机床的主要组成部分，其性能的好坏直接决定了机床的性能的高低。

主轴单元的动静态特性包括主轴的变形、共振频率、临界转速和动态响应等，其对主轴的速度和精度性能有极大的影响，主轴性能测试实验[1]是研究主轴动力学特性及工作性能的重要组成部分，在理论研究的基础上，通过实验测试验证理论模型的正确性和精确性，对于完善理论模型，进而使理论仿真结果可以直接指导主轴的设计计算以及推广理论仿真的应用研究具有重要意义。

1 主轴静刚度测试实驗主轴静刚度是主轴轴承和主轴刚度的综合反映，在高速运转过程中，机床主轴在静刚度值低的情况下，会出现挠度增加，变形加大，影响加工精度等问题。

掌握准确的主轴静刚度值是提高机床加工精度的前提条件之一，而对主轴进行静刚度测试是获得静刚度最直接，最有效的方法。

本文先后进行了主轴静刚度测试实验、模态测试实验、动态响应测试实验、频率响应函数测试实验1.1 实验内容和目的主轴静刚度[2]是指在切削力的作用下主轴抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移时，在位移方向上所施加的作用力来表示。

现对某机床厂生产的TGK46100高精度数控卧式坐标镗床主轴进行静刚度测试，采用加载装置对主轴垂直方向进行加载，并利用千分表测量刀杆前端位移。

根据静刚度定义对测量数据进行拟合得到加载力与变形拟合曲线，其斜率即主轴系统的静刚度。

当在机床主轴与工作台之间，沿与X轴、Y轴和Z轴夹角为300的方向施加静载荷时，分别测量主轴相对工作台在X向、Y向、Z向的位移，以得到主轴部件相对于机床工作台的径向静刚度和轴向刚度。

在工作台和主轴系统之间施加作用力，测量主轴系统相对于工作台面的变形，寻找机床的受力薄弱环节。

机床主轴动静态特性分析项目讲义

机床主轴动静态特性分析机床主轴通常在高速状态下工作，因此其动静态特性必须很高，才能满足加工质量要求，因此对机床主轴进行静力学分析和模态分析是很有必要的。

静力学分析主要是得出机床主轴的刚度，并且得出在典型加工条件下，主轴前端的最大位移，看其是否满足静态要求；动力学分析得出主轴振型以及主轴固有频率，从而判断主轴设计是否合理，并且在此基础上优化结构设计。

机床主轴的动态特性包括临界转速、主振型和固有频率等方面，这是机床主轴动态特性的主要方面。

当机床主轴的转速达到或接近临界转速时，会引起机床的共振，使机床震动加剧，加快刀具的磨损，降低加工质量，恶化加工环境。

因此为了避免这种情况的发生，对机床主轴的临界转速的研究是很有必要的。

为了保证加工质量及加工安全要求，主轴的最高转速应该低于临界转速的百分之七十五。

1.机床主轴静态特性分析（1）建立模型打开proe软件界面，建立如图（1）所示模型，并导入ansys workbench中图1 主轴模型的建立（2）添加材料属性信息机床主轴的材料为40Cr，其相关参数见下表（1）：（3）设定网格划分参数并进行网格划分制定网格尺寸为3mm,进行网格自动划分，划分结果如图（2）图2网格划分结果（4）施加载荷以及约束对有限元模型进行加载时，按照机床在典型加工工艺条件下工作进行计算，算出其在切削时的径向力，如在前面的3.2.2章节已经得出在此工况下轴的受力，在进行静态分析时，其唯一载荷为主轴前端施加的切削力的径向分量 Fr= 193.8 N 。

前轴承为固定端，故只约束其X 方向的移动自由度,后轴承在轴向（X 向）存在游动。

然后进行求解，最终得出机床主轴的静力变形如图（3）所示。

图3 机床主轴静力变形云图从图（3）中可以得出，主轴前端最大变形量为Max=1.14μm ，因此主轴静刚度为： MaxF rr =K 代入数值得：r K =170N/μm 。

在后期的参考文献的查找中以及老师的指导下，发现如果把前端三个轴承等效为一组弹簧时，结果误差很大。

机床动静态特性分析和结构优化技术课题硕士论文开题报告.doc

大连理工大学
硕士研究生学位论文选题报告
姓名：
学号：
专业：
论文题目：高档数控机床动静态特性分析及结
构优化技术研究
指导教师：
填表日期：
备注：1、考核成绩在A、B、项上画圈。

2、不合格者必须重做，再次不合格者，取消进入论文的资格。

3、各考核评议小组组长将本小组学生的考核成绩统一汇总到本院系研究生教务员处，教务员
将本院系成绩汇总后交研究生院专业学位办。

4、本考核表由学生本人留存，毕业报退时与学位论文同时交到校档案馆存档。

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高速加工中心电主轴的静动态特性分析

高速加工中心电主轴的静动态特性分析ee（ee）指导老师：ee[摘要]：作为加工中心重要部件之一的电主轴，研究电主轴系统的静动态特性分析为加工中心的发展奠定基础，本文研究主要内容如下；第一;从设计电主轴应考虑的问题出发，确定电主轴的基本参数及其结构，合理选择轴承及确定轴承的支撑形式，主轴的冷却方式，润滑方式等。

第二;应用机械动力学原理，建立符合高速主轴单元的动力学微分方程，通过求解得到固有频率和振型，分析影响电主轴静动态特性的主要原因。

第三;应用 ANSYS 软件对电主轴单元进行了模态分析和谐响应分析。

模态分析得到了电主轴的各阶振型和固有频率，以及临界转速；谐响应分析得到电主轴前端对频率的响应位移曲线，并提出改善电主轴动态特性的措施。

[关键字]：电主轴；静态特性；动态特性；ANSYSAnalysis Of Static And Dynamic Characteristics Of HighSpeed Machining Center Spindleee(ees)Tutor:eeAbstract: As one of the important components of machining center spindle, electro-spindle system of static and dynamic characteristic analysis of the Foundation for development of machining centers, and main contents of the paper are as follows.Firstly spindle from the design issues that should be considered to determine the basic parameters and structure of spindle and bearing selection and determine reasonable bearing form of support, the spindle cooling, lubrication and so on.Secondly mechanical dynamics, high-speed spindle dynamics of differential equations was established, obtained by solving natural frequencies and modes, analyzing the main cause of electric spindle of static and dynamic characteristics.Thirdly application of ANSYS software in electric spindle units the modal analysis and harmonic response analysis. Modal analysis of spindle of the first mode shape and natural frequencies and critical speeds; harmonic response analysis electro-spindle on frequency response curve, and measures was proposed to improve dynamic characteristics of electric spindle.Key words：Electric spindle: Static characteristics:Dynamiccharacteristics:ANSYS.目录1.绪论 (1)1.1 课题研背景及意义 (1)1.2 电主轴技术的研究现状 (1)1.2.1 高速电主轴国内研究现状 (1)1.2.2 高速电主轴国外研究现状 (2)1.2.3 高速加工中心的电主轴的国内外的发展趋势 (2)1.3 本课题研究的目的 (3)1.4 本章小结 (3)2.高速电主轴 (4)2.1 高速电主轴设计中应考虑的问题 (4)2.2 高速电主轴的基本参数与结构 (4)2.2.1 高速电主轴的基本参数 (4)2.2.2 高速电主轴的结构 (5)2.3 高速电主轴的支撑形式与轴承选择 (6)2.4 高速电主轴的润滑 (6)2.5 高速电主轴的冷却 (6)2.6 电主轴的静态特性 (7)2.7 主轴的动态特性 (7)2.7.1 电主轴单元多自由度振动微分方程 (8)2.7.2 子空间迭代法 (11)2.8 本章小结 (12)ee 3.电主轴静动态特性的有限元分析 (13)3.1 电主轴有限元模型的建立 (13)3.2 电主轴静力学分析 (14)3.2.1 典型受力条件下的主轴受力计算 (14)3.2.2 电主轴单元静力分析 (15)3.3 高速电主轴的模态分析 (16)3.4 高速电主轴的谐响应分析 (18)3.5 提高电主轴单元动态性能的措施 (19)3.6 本章小结 (19)4.结论 (20)致谢 (21)参考文献 (22)附录1.绪论1.1 课题研背景及意义以高切削速度,高进给速度,高加工精度为主要特征的高速加工是继数控技术之后,使制造技术生产第二次革命性飞跃的一项高新技术.它不仅具有极高的生产率,可以显著地提高零件的加工精度和表面质量,而且在材料的去除机理上也产生了本质的变化,是实现一些难加工材料,低刚度零件切削加工的高效手段。

车削中心主轴动静态特性分析

参
考
文
献
［ 1］ABELE E，ALTINTAS Y，BRECHER C． Machine tool spindle units ［J］． CIRP Annals － Manufacturing Technology， 2010 ， 59 （ 2 ）： 781 － 802．［ 2］LIN Chiwei，TU Jay F，et al． An integrated thermo － mechanical － dynamic model to characterize motorized machine tool spindles during very J］． International Journal of Machine Tools and Manhigh speed rotation［ ufacture， 2003 ， 43 （ 10 ）： 1035 － 1050．［ 3］ CHEN SC，JUAN YL，TANG CH，et al． Simulation of dynamic properties of a spindle and tool system coupled with a machine tool frame［J］． 2011 ， The International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 54 （ 1 /4 ）： 11 － 20．［ 4］ ZHAO Haitao， YANG Jianguo， SHEN Jinhua． Simulation of thermal behavior of a CNC machine tool spindle［J］． International Journal of Machine Tools and Manufacture， 2007 ， 46 （ 6 ）： 1003 － 1010．［ 5］LIN Chiwei，TU Jay F． Model － based design of motorized spindle systems to improve dynamic performance at high speeds［J］． Journal of Manufacturing Processes， 2007 ， 9 （ 2 ）： 94 － 108．［ 6］ Ching Yuan Lin，Jui Pin Hung，Tzuo Liang Lo． Effect of preload of linear guides on dynamic characteristics of a vertical column – spindle sys2010 ， tem［J］． International Journal of Machine Tools and Manufacture， 50 （ 8 ）： 741 － 746．［ 7］JIANG Shuyun，ZHENG Shufei． A modeling approach for analysis and improvement of spindle － drawbar － bearing assembly dynamics［J］． International Journal of Machine Tools and Manufacture，2010 ，50 （ 1 ）：

论矿山数控机床主轴静动态特性研究

论矿山数控机床主轴静动态特性研究寇鹏德（武威职业学院，甘肃　武威　７３３０００）摘要：主轴是矿山数控机床的重要组成部件，控制着整个矿山数控机床的整体运行，然而矿山数控机床主轴的静动态特性对矿山零件加工具有重大影响。

因此，为了更好的研究矿山数控机床主轴静动态特性，以矿山数控机床主轴为主要研究对象，可以通过模拟分析方法，在理论层面上建立模拟分析模型，利用模拟分析模型对矿数控机床主轴系统进行静动态特性分析，从而获得矿山数控机床主轴的静动态特性，确定矿山数控机床主轴的固有频率，从而保证矿山数控机床主轴的顺利工作。

关键词：矿山机床；数控机床；机床主轴；静动态特性中图分类号：Ｇ６４２　文献标识码：Ａ文章编号：１００２－５０６５（２０１９）１２－０２８７－２Study on Static and Dynamic Characteristics of Spindle of Mine NC Machine ToolKOU Peng-de（Ｗｕｗｅｉ　Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，　Ｗｕｗｅｉ　７３３０００，Ｃｈｉｎａ）Abstract:　Ｓｐｉｎｄｌｅ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ＣＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌｓ，　ｗｈｉｃｈ　ｃｏｎｔｒｏｌｓ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｍｉｎｅ　ＣＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌｓ．　Ｈｏｗｅｖｅｒ，　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ＣＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌｓ　ｈａｖｅ　ａ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｐａｒｔｓ．　Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｂｅｔｔｅｒ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ＣＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌｓ，　ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ＣＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌｓ　ａｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｂｊｅｃｔ，　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｏｄｅｌ　ｃａｎ　ｂｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｌｅｖｅｌ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ＣＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｏｄｅｌ，　ｓｏ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ＣＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ａｎｄ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．　Ｔｈｅ　ｎａｔｕｒａｌ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ　ｅｎｓｕｒｅｓ　ｔｈｅ　ｓｍｏｏｔｈ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｉｎｄｌｅ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ．Keywords: ｍｉｎｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ；　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ；　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ　ｓｐｉｎｄｌｅ；　ｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ为了提升矿山数控机床的工作质量与工作效率，确保矿山数控机床的工作稳定性，对于矿山数控机床加工行业具有深远影响。

精密机床的静态与动态刚度分析

精密机床的静态与动态刚度分析引言：精密机床是现代制造业中不可或缺的重要设备。

为了确保精密机床的高精度加工能力，静态和动态刚度的分析是十分重要的。

本文将深入探讨精密机床的静态与动态刚度分析，旨在帮助读者更好地理解该领域的知识。

一、静态刚度分析静态刚度是机械系统在受到外力作用时不发生形变的能力。

它是保证精密机床加工精度的关键因素之一。

在进行静态刚度分析时，需要考虑以下几个方面：1. 结构设计：精密机床的结构设计对其静态刚度具有重要影响。

合理的结构设计可以有效地提高机床的刚度，减少振动和形变。

例如，在起重部分采用合适的材料、减小悬臂长度、增加副压面等都可以提高机床的静态刚度。

2. 机床基座的刚度：机床基座是机床的支撑平台，其刚度直接影响机床的运行稳定性。

通过加固机床基座，可以提高机床整体的静态刚度。

例如，在机床基座上铺设高刚度的材料，增加基座的厚度等都是提高机床静态刚度的有效方法。

3. 主要构件的刚度：机床的主要构件如床身、滑架等的刚度也是影响静态刚度的重要因素。

合理选择和加工这些构件的材料、采用适当的固定方法等都可以提高机床的刚度。

二、动态刚度分析动态刚度是机床在运动状态下的刚度特性，主要用于分析机床加工过程中的振动特性。

在进行动态刚度分析时，需要考虑以下几个方面：1. 特征频率分析：机床的结构和构件都有一定的频率响应。

找出机床的特征频率并进行分析，可以帮助识别和解决振动问题。

例如，采用频谱分析方法可以确定机床加工时的共振频率，从而避免加工过程中的振动影响。

2. 振动模态分析：振动模态分析是确定机床在特定频率下的振动模态形式和振动模态参数的方法。

通过分析机床的振动模态，可以了解机床振动的特点和影响机床刚度的因素。

例如，可以通过振型分析确定机床的关键模态，并进行针对性的刚度改进。

3. 结构阻尼分析：结构阻尼是机床动态刚度的重要组成部分。

合理的结构阻尼设计可以降低机床振动的幅度和频率，提高机床的动态刚度。

工业机械的静态与动态特性分析

工业机械的静态与动态特性分析工业机械是现代工业生产中不可或缺的重要设备，它们的静态和动态特性对于工作效率和安全性至关重要。

本文将从静态和动态两个方面对工业机械的特性进行分析。

一、静态特性分析静态特性是指机械在静止状态下的性能和特点。

首先，我们来看机械的结构和材料对其静态特性的影响。

机械的结构设计应考虑到力学平衡和稳定性，合理选择材料以满足机械的强度和刚度要求。

例如，对于需要承受重载和冲击的机械，应选择高强度的材料，以确保其静态稳定性。

其次，机械的静态特性还与其工作环境相关。

例如，在高温或低温环境下，机械的材料性能可能发生变化，导致机械的静态特性受到影响。

此外，机械的静态特性还与机械的尺寸和形状有关。

在设计机械时，需要考虑到机械的尺寸和形状对静态特性的影响，并进行相应的优化。

静态特性的分析还包括机械的静态平衡和静态刚度。

静态平衡是指机械在静止状态下各部分受力平衡，不会发生倾覆或失衡的情况。

静态刚度是指机械对外部力的抵抗能力，即机械在受到外力作用时，不会发生过度变形或破坏。

对于工业机械来说，静态平衡和静态刚度是保证机械正常运行和安全性的重要因素。

二、动态特性分析动态特性是指机械在运动状态下的性能和特点。

机械的动态特性对于工作效率和运行稳定性至关重要。

首先，机械的动态特性与机械的运动方式和速度有关。

例如，对于需要高速运动的机械，需要考虑机械的惯性和动力学特性，以确保机械的运动稳定和精确性。

其次，机械的动态特性还与机械的振动特性有关。

振动是机械在运动过程中产生的一种不规则运动，对机械的运行稳定性和寿命产生不利影响。

因此，对于需要高精度和高稳定性的机械，需要进行振动分析和控制，以减小振动对机械的影响。

动态特性的分析还包括机械的动态平衡和动态刚度。

动态平衡是指机械在运动状态下各部分受力平衡，不会产生过大的振动或震动。

动态刚度是指机械在受到外部冲击或振动作用时，能够保持稳定和不发生过度变形。

对于高速运动和精密加工的机械来说，动态平衡和动态刚度是确保机械正常运行和加工精度的关键因素。

龙门加工中心整机动静态分析及结构优化

由分析结果发现，滑枕的静强度与动态性能都较好，但根据加工中心整体结构，可发现其存在结构过长的现象，这一设计既增加了自身质量，缩短了行程，又加剧了刀尖变形趋势。滑枕结构改进前后对比如图６所示。修改前后行程增加２９０ｍｍ，质量减轻１２６ｋｇ。
由表３可知，该龙门加工中心的前两阶固有频率偏低，只有３０１７７Ｈｚ和３２５１５Ｈｚ，动态特性较差。４、５、６阶有密频现象。结合前面静力分析的结果可知：横梁、滑枕是其较为薄弱环节。这是由于该加工中心横梁ｘ向的刚度低以及滑枕长度过长，造成整机低阶固有频率偏低及总位移量较大。
２有限元模型建立
静力学分析中，网格划分采用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ三维实体单元Ｓｏｌｉｄ１８６，该单元为三维６面体２０节点的结
收稿日期：２０１４０５１１基金项目：人工智能四川省重点实验室科研项目（２０１３ＲＹＹ０３）；四川省教育厅重点项目（１４ＺＡ０２０９）；自贡市科技局项目（２０１３Ｊ１９）作者简介：杨海栗（１９８８），女，四川成都人，助教，硕士，主要从事结构设计及ＣＡＥ仿真分析研究，（Ｅｍａｉｌ）ｙｈｌｓｅａ３２４＠１６３．ｃｏｍ
龙门加工中心整机动静态分析及结构优化
杨海栗，田建平，胡勇，付磊，黄丹平
（四川理工学院机械工程学院，四川自贡６４３０００）
摘要：以ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ三维建模软件与ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ有限元分析软件为平台，建立龙门加工中心整机动静态分析模型，由分析得到整机在只受重力、以及重力与切削力同时作用这两种工况下的位移量数据及其相对变化量，得出整机的结构刚性及固有频率值，并综合分析结果提出滑枕及横梁的结构优化方案，通过结构改进减小整机变形量，提高整机加工精度，为加工时的误差补偿提供了理论依据。关键词：龙门加工中心；整机；静力特性；动力特性；结构优化中图分类号：ＴＰ３９１文献标志码：Ａ及整机可靠性，并针对薄弱环节进行结构优化，从而提高整机加工精度，并为加工时的误差补偿提供必要的理论依据。

CK6130型数控车床主轴部件动态特性分析

CK6130型数控车床主轴部件动态特性分析吴迪;钱苏翔【摘要】为了提高车床的工作性能,将CK6130型数控车床的主轴部件作为研究对象,运用ANSYS Workbench对其进行有限元分析,并采用经典的传递矩阵法计算主轴部件固有频率及一阶主振型,证明了有限元分析的结果是合理的;其次通过搭建实验系统,运用COCO80对主轴部件进行动态实验.最后经过对比分析得出:有限元分析与实验所得频率误差被控制在4.25％以内,证明了主轴部件结构设计的合理性,为日后同类主轴部件制造工艺改进提供了现实的理论依据.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】4页(P158-161)【关键词】主轴部件;ANSYS Workbench;有限元分析;传递矩阵法;实验系统;振动测试分析【作者】吴迪;钱苏翔【作者单位】江西理工大学机电工程学院,江西赣州341000;嘉兴学院机电工程学院,浙江嘉兴314000【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH122随着经济的快速发展和科学技术的不断提高，数控车床在国民经济现代化的建设中成为不可或缺的一部分。

主轴部件作为数控车床最关键部件之一，同时主轴部件的设计是实现数控车床高速、高精和高效加工的最关键技术之一［1］。

因此，主轴部件的动态特性与结构对数控车床的加工质量和切削能力起决定性作用［2］。

由此可见，分析主轴部件的动态特性，对提升数控车床的工作性能尤为重要。

有限元方法应用于结构分析，其模态分析可较精确地得出结构的各阶固有频率与振型［3］。

在对结构进行设计和改进时，应避免结构固有频率与来自外部和内部的激励频率范围接近，从而有效地降低机械设备因共振带来的危害。

传递矩阵法是较多用于研究轴系、转子系统或者轴类部件弯曲、扭转振动的方法［4］。

其基本原理是把链状结构分为一个个子结构单元，并让每一对邻近单元间的传递矩阵的阶数与单元运动微分方程的阶数相等。

采用该方法能很好地提高运算效率。