加工中心主軸的結(jié)構(gòu)分析與靜力分析開題分析方案

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)<論文）開題報告機(jī)械工程學(xué)院系院）2018屆題目加工中心主軸的結(jié)構(gòu)分析與靜力分析課題類型設(shè)計(jì)課題來源自擬課題學(xué)生姓名張海超學(xué)號學(xué)0801030049專業(yè)材料成型及控制工程年級班08級1班指導(dǎo)教師何強(qiáng)職稱講師填寫日期：2018年02月28日一、本課題研究的主要內(nèi)容、目的和意義主要內(nèi)容：運(yùn)用ANSYSa件，對加工中心主軸的結(jié)構(gòu)和靜態(tài)特性進(jìn)行了深入的研究，具體包括：1 .分析了加工中心主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對靜態(tài)特性的影響，并從滿足其靜態(tài)特性的角度，對本課題電主軸進(jìn)行設(shè)計(jì)。2 .通過對主軸單元進(jìn)行的結(jié)構(gòu)建模和力學(xué)特性分析，獲得了主軸單元剛度的計(jì)算方法，對加工中心主軸道的靜剛度進(jìn)行計(jì)算，研究

2、了主軸是否符合應(yīng)力要求.3 .對加工中心主軸進(jìn)行三維有限元建模，經(jīng)ANSYS+算，得出了加工中心主軸的靜剛度，并分析在載荷作用下結(jié)構(gòu)部件上引起的位移，應(yīng)力，應(yīng)變和力。課程設(shè)計(jì)要達(dá)到的目的和意義：根據(jù)主軸剛度的計(jì)算和ANSYS勺分析結(jié)果研究提高主軸剛度的措施，加工中心主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，靜態(tài)特性在很大程度上決定了加工中心的加工質(zhì)量和切削能力，也是影響其加工精度的重要因素。主軸結(jié)構(gòu)的研究和靜態(tài)特性的分析，對于進(jìn)一步提高加工中心主軸工作性能有十分重要的意義。課題研究要達(dá)到的目的：1 .利用有限元計(jì)算加工中心主軸單元的剛度值，校核是否滿足設(shè)計(jì)要求的剛度值。2 .加工中心主軸單元的剛度受主軸和軸承參數(shù)共同影

3、響，要提高加工中心主軸單元的剛度，可以在滿足軸承、電機(jī)轉(zhuǎn)子等結(jié)構(gòu)和工作性能的前提下增大主軸直徑。盡量縮短前懸伸量a。同時通過計(jì)算選擇最佳跨距L；也可以通過選擇剛度較大的軸承來提高加工中心主軸單元的剛度，特別是提高前軸承組的剛度。二、文獻(xiàn)綜述國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)況和發(fā)展趨向)設(shè)計(jì)之前，必須做好一切準(zhǔn)備工作，而收集有關(guān)設(shè)計(jì)課題研究方面的資料、文獻(xiàn)是最為重要的。在設(shè)計(jì)工作開始時，只有對課題研究的內(nèi)容有了充分地了解，才會有設(shè)計(jì)目的和方向；所以收集、查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料是必要的。加工中心，簡稱cnc,是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的使用于加工復(fù)雜形狀工件的高效率自動化機(jī)床。加工中心又叫電腦鑼。加工中心備有刀庫，具有

4、自動換刀功能，是對工件一次裝夾后進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。加工中心是高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，工件裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動選擇、更換刀具、自動對刀、自動改變主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等，可連續(xù)完成鉆、鏈、銃、較、攻絲等多種工序，因而大大減少了工件裝夾時間、測量和機(jī)床調(diào)整等輔助工序時間，對加工形狀比較復(fù)雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。數(shù)控機(jī)床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河，成為先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的突飛猛進(jìn)為數(shù)控機(jī)床的技術(shù)進(jìn)步提供了條件。當(dāng)前，加工中心數(shù)控機(jī)床的發(fā)

5、展主要體現(xiàn)為以下幾方面：1局速、島效機(jī)床向高速化方向發(fā)展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。2高精度從精密加工發(fā)展到超精密加工，是世界各工業(yè)強(qiáng)國致力發(fā)展的方向。其精度從微M級到亞微M級，乃至納M級#lt。10nm),其應(yīng)用范圍日趨廣泛。當(dāng)前，在機(jī)械加工高精度的要求下，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由±10m提高到m；精密級加工中心的加工精度則從七5m,提高到蟲1.5m,甚至更高；超精密加工精度進(jìn)入納M級0.001m),主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.010.05m,加工圓度為0.1m,加工

6、表面粗糙度Ra=0.003微M等。3高可靠性隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機(jī)床制造商追求的目標(biāo)。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率在Pt)=99%以上，則數(shù)控機(jī)床的平均無故障運(yùn)行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對一臺數(shù)控機(jī)床而言，如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個數(shù)量級)。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動等的MTBF就必須大于10萬小時。當(dāng)前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000小時以上，驅(qū)動裝置達(dá)30000小時以上，但是，可以看

7、到距理想的目標(biāo)還有差距。在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機(jī)床上，因此，復(fù)合功能的機(jī)床成為近年來發(fā)展很快的機(jī)種。柔性制造范疇的機(jī)床復(fù)合加工概念是指將工件一次裝夾后，機(jī)床便能按照數(shù)控加工程序，自動進(jìn)行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個復(fù)雜形狀零件的主要乃至全部車、銃、鉆、鏈、磨、攻絲、較孔和擴(kuò)孔等多種加工工序。就棱體類零件而言，加工中心便是最典型的進(jìn)行同一類工藝方法多工序復(fù)合加工的機(jī)床。事實(shí)證明，機(jī)床復(fù)合加工能提高加工精度和加工效率，節(jié)省占地面積特別是能縮短

8、零件的加工周期。5多軸化隨著5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的普及，5軸聯(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銃床已經(jīng)成為當(dāng)前的一個開發(fā)熱點(diǎn)，由于在加工自由曲面時，5軸聯(lián)動控制對球頭銃刀的數(shù)控編程比較簡單，并且能使球頭銃刀在銃削3維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在3軸聯(lián)動控制的機(jī)床無法避免切速接近于零的球頭銃刀端部參予切削，因此，5軸聯(lián)動機(jī)床以其無可替代的性能優(yōu)勢已經(jīng)成為各大機(jī)床廠家積極開發(fā)和競爭的焦點(diǎn)。最近，國外還在研究6軸聯(lián)動控制使用非旋轉(zhuǎn)刀具的加工中心，雖然其加工形狀不受限制且切深可以很薄，但加工效率太低一時尚難實(shí)用化。6智能化智能化是21世紀(jì)制造技術(shù)發(fā)

9、展的一個大方向。智能加工是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和理論的加工，它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動，以解決加工過程許多不確定性的、要由人工干預(yù)才能解決的問題。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量的智能化，如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作的智能化，如智能化的自動編程，智能化的人機(jī)界面等；智能診斷、智能監(jiān)控，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。世界上正在進(jìn)行研究的智能化切削加工系統(tǒng)很多，其中日本智能化數(shù)控裝置研究會針對鉆削的智能加

10、工方案具有代表性。三、擬采取的研究方法方案、技術(shù)路線等）和可行性論證通過網(wǎng)絡(luò)工具、圖書館的書籍和各類期刊的學(xué)習(xí)和查閱，了解它的相關(guān)知識,確定本設(shè)計(jì)符合要求，滿足需要。具體設(shè)計(jì)方法如下1 .了解加工中心主軸的的發(fā)展趨勢和滿足的工作要求2 .掌握加工中心主軸的工作原理和結(jié)構(gòu)3 .了解高加工中心主軸的軸承的選用和裝配4掌握加工中心主軸的剛度計(jì)算和校核6 .熟悉ANSYS的建模和靜力分析7 .能夠利用ANSYS出應(yīng)力位移的云圖和數(shù)據(jù)四、預(yù)期結(jié)果或預(yù)計(jì)成果）1 .有限元計(jì)算加工中心主軸單元的剛度值為236N/m*右，滿足設(shè)計(jì)要求剛度值為200N/Nmi從剛度值這一點(diǎn)來看加工中心主軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)及軸承的選擇

11、是合理的。2 .加工中心主軸單元的剛度受主軸和軸承參數(shù)共同影響，要提加工中心主軸單元的剛度，可以在滿足軸承、電機(jī)轉(zhuǎn)子等結(jié)構(gòu)和工作性能的前提下增大主軸直徑。盡量縮短前懸伸量a。同時通過計(jì)算選擇最佳跨距L；也可以通過選擇剛度較大的軸承來提高電主軸單元的剛度，特別是提高前軸承組的剛度。3 .初步掌握ANSY馱件的建模和靜力分析它的步驟是建立模型，劃分網(wǎng)格，約束，加載負(fù)荷，出云圖和數(shù)據(jù)。五、研究進(jìn)度安排為保證順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，特制定工作進(jìn)度計(jì)劃，嚴(yán)格按要求進(jìn)行，以免前松后緊，到期不能答辯影響正常畢業(yè)。一、1月05日1月09日下設(shè)計(jì)任務(wù)書，查閱文獻(xiàn)資料。二、3月14日3月15日完成開題報告及總體設(shè)計(jì)方案

12、。三、3月16日4月29日熟悉加工中心主軸的工作原理和基本結(jié)構(gòu)以及潤滑和冷卻系統(tǒng)。四、4月30日5月3日計(jì)算繪制總裝配圖、零件圖，確定基本尺寸。五、5月4日5月9日熟悉運(yùn)用有限元軟件ANSYS寸加工中心主軸進(jìn)行建模分析出云圖。六、5月10日5月17日編寫設(shè)計(jì)說明書。七、5月18日5月29日整理上交各種文件，進(jìn)行答辯準(zhǔn)備。六、主要參考文獻(xiàn)1蘇清友.國內(nèi)外高速電主軸磨削技術(shù)的發(fā)展與分析D.遼寧：東北大學(xué).1995.1.2張朝暉.ANSYS12.0結(jié)構(gòu)分析工程應(yīng)用實(shí)例解讀M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2018.3高耀東，享K喜平.ANSYS機(jī)械工程應(yīng)用25例M.北京：電子工業(yè)出版社.2007.4薛鳳仙，

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