開(kāi)題報(bào)告-機(jī)床主軸設(shè)計(jì)及靜態(tài)特性分析

2018屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目機(jī)床主軸設(shè)計(jì)及靜態(tài)特性分析課題背景課題的目的與意義本課題的目的是對(duì)臥式加工中心的主軸進(jìn)行仿真計(jì)算和優(yōu)化，具體包括：1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括切削力的計(jì)算、傳動(dòng)的計(jì)算、軸的設(shè)計(jì)與軸承的設(shè)計(jì)2.根據(jù)受力情況和受力位置對(duì)主軸和軸承進(jìn)行有限元分析3.根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化課題意義：機(jī)床主軸的靜態(tài)特性主要表現(xiàn)為主軸的靜剛度，反應(yīng)了主軸抵御外載荷的能力。由于主軸在對(duì)切削點(diǎn)處刀具和工件造成的綜合位移影響中所占的比重高達(dá)60%以上，因此在加工中心的設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要要保證主軸具有良好的靜態(tài)特性。通過(guò)對(duì)臥式加工中心主軸靜態(tài)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能進(jìn)而提高加工中心的加工精度，這對(duì)于加工中心的設(shè)計(jì)具有重要的意義。國(guó)內(nèi)外研究的發(fā)展?fàn)顩r主軸的靜態(tài)特性主要為主軸的靜剛度，具體表現(xiàn)為主軸抵御外載荷的能力，對(duì)主軸精確度有著極大的影響。近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算軟件的開(kāi)發(fā)與有限元分析技術(shù)的日益成熟和廣泛使用，主軸的靜態(tài)特性研究進(jìn)入了一個(gè)方便而又快捷的階段。如常用的切削數(shù)據(jù)估算軟件NOVEX和常用的有限元分析軟件Simulation,ANSYS和MSC等，都極大方便了我們對(duì)于機(jī)床主軸的靜態(tài)分析。國(guó)內(nèi)主軸靜態(tài)特性研究的發(fā)展?fàn)顩r在主軸的靜態(tài)分析方面，國(guó)內(nèi)的一些研究學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作并取得了眾多的研究成果。2012年，東北大學(xué)的李金華與劉永[1]等教授以車(chē)削中心主軸為研究對(duì)象，建立主軸三維有限元參數(shù)化模型，進(jìn)行主軸的靜力學(xué)分析，得到了主軸的靜剛度，找出主軸的危險(xiǎn)點(diǎn)并加以?xún)?yōu)化。2013年，上海劍橋?qū)W院的夏雨和張?jiān)屏醄2]用SolidWorks三維軟件的COSMOSWorks有限元分析插件對(duì)小型銑削中心的主軸單元進(jìn)行了靜剛度分析，得出了主軸的應(yīng)力分布和主軸剛度情況，為主軸的進(jìn)一步分析提供了理論依據(jù)。國(guó)外主軸靜態(tài)特性研究的發(fā)展?fàn)顩r在國(guó)外，對(duì)主軸靜態(tài)態(tài)特性的研究比國(guó)內(nèi)更加完善。2000年，南斯拉夫NoviSad[3]通過(guò)具體的試驗(yàn)研究來(lái)分析主軸的靜特性，并且重點(diǎn)研究了軸承的排列方式對(duì)主軸靜態(tài)特性的影響，為主軸的靜態(tài)分析提供了更多的研究方向。2000年，德國(guó)GMN公司的BuchnerKurt[4]研究了角接觸軸承對(duì)整個(gè)主軸特性的影響，通過(guò)比較鋼球軸承的陶瓷軸承等不同軸承對(duì)主軸特性的影響，表明主軸設(shè)計(jì)過(guò)程中軸承的設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。通過(guò)以上文獻(xiàn)不難看出，采用有限元法對(duì)主軸進(jìn)行靜動(dòng)態(tài)特性分析是一種常規(guī)而且便捷的方法。同時(shí)，對(duì)于對(duì)于主軸的靜態(tài)分析不可缺少的應(yīng)該考慮到主軸的軸承。本課題，將采用有限元軟件Simulation對(duì)主軸行受力分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過(guò)軸承位置對(duì)機(jī)床主軸靜剛度和受力情況的影響，對(duì)主軸單元的整體情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)方案或畢業(yè)論文研究方案研究方案：首先查閱相關(guān)書(shū)籍學(xué)習(xí)主軸的設(shè)計(jì)原理，進(jìn)行主軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并使用NOVEX切削數(shù)據(jù)估算軟件檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，然后使用ANSYS軟件進(jìn)行主軸建模靜態(tài)性能分析，最后對(duì)主軸軸承跨距進(jìn)行改型優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究目標(biāo)：1.主軸以及軸承的計(jì)算；2.主軸的靜態(tài)模量分析；3.有限元分析以及對(duì)主軸進(jìn)行改型優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究?jī)?nèi)容：1.主軸單元的設(shè)計(jì)與計(jì)算；2.主軸單元的分析；3.結(jié)合有限元分析進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)?？尚行苑治觯罕菊n題所研究的內(nèi)容主要是進(jìn)行臥式加工中心主軸的靜態(tài)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在計(jì)算方面結(jié)合切削數(shù)據(jù)估算軟件能夠保證計(jì)算數(shù)據(jù)能夠不偏離太多；在分析方面，有限元軟件Simulation的可靠性與普及適用性能夠保證主軸靜態(tài)分析的可行性。因此，無(wú)論在計(jì)算方面還是分析方面，該課題的研究都是可以進(jìn)行。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）預(yù)期成果及創(chuàng)新預(yù)期成果：1.完成主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、靜態(tài)分析，并結(jié)合具體數(shù)據(jù)完成對(duì)主軸單元對(duì)優(yōu)化；2.完成一篇論文。創(chuàng)新點(diǎn)：以臥式銑削床裝配其他附加件時(shí)能夠擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍為切入點(diǎn)進(jìn)行臥式加工中心主軸部件的設(shè)計(jì)，通過(guò)使用空心軸進(jìn)行優(yōu)化，使用Simulation插件進(jìn)行有限元分析，確定設(shè)計(jì)軸的變形程度。參考文獻(xiàn)[1]秦宏偉.我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀及方向[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2007，5：38-40.[2]黃建求，樓應(yīng)侯.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.[3]蕭軍，高工晉級(jí)必備，數(shù)控銑刀銑削用量的正確擇，2016-04-12.[4]濮良貴，陳國(guó)定.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2013.[5]李洪.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.[6]劉朝儒，吳志軍.機(jī)械制圖[M].北京：高等教育出版社，2016.[7]Finiteelementanalysisandoptimizationdesignofmachinetoolspindlecomponents[8]孫麗雪，王躍軍.同等剛度條件下空心軸與實(shí)心軸的設(shè)計(jì)比較[J].新技術(shù)新工藝，2013,11:90-92.[9]江洪，陳燎.SolidWorks有限元分析實(shí)例解析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.[10]ISPAS，Mihai.StudiesConcerningANewMountingSystemOfTheARBOR-TYPEMillingCutterOnTheWorkingShaftOfASpindleMoulder[J],COMEC,2007,10:453-458.[11]HawkinsJM.Helicoptertwostagemainreductiongearbox:U.S.Patent6,302,356[P].2001-10-16.[12]史美堂.金屬材料及熱處理[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1980.[13]關(guān)慧貞.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.[14]曾光奇.工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002