数控车床CK6163主轴的优化设计.doc

目 录 目录 I 摘要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1 课题研究的背景与意义 1 1.1.1 课题研究的背景 1 1.1.2 课题研究的意义 1 1.2 国内外数控机床近几年发展 2 1.2.1 国内数控机床近几年的发展 2 1.2.2 国外数控机床近几年的发展 2 1.3 结构优化设计的发展概况及在工程中的应用 3 1.3.1 结构优化设计的发展概况 3 1.3.2 结构优化设计在工程中的应用 4 1.4 本文的研究内容 6 1.5本章小结 6 第二章 ANSYS介绍及主轴的静态分析计算 7 2.1 有限元软件ANSYS的介绍 7 2.2 主轴的静态分析 7 2.3 CK6163数控车床主轴的切削力计算 8 2.3.1 CK6163数控车床的主要参数 8 2.3.2 典型工艺参数下主轴所受切削力的计算 8 2.4 本章小结 9 第三章 CK6163数控车床主轴的有限元静力分析 10 3.1 结构静力分析概述 10 3.2 主轴有限元模型的建立构思 10 3.3 有限元模型的建立 11 3.3.1 制定分析标题并设置分析范畴 11 3.3.2 定义单元类型 11 3.3.3 定义模型的材料属性 12 3.3.4 在给定的位置生成关键点 12 3.3.5 在关键点间生成直线 13 3.3.6 线生成面 13 3.3.7 设置线被划分的段数，并进行网格划分 13 3.3.8 将带网格的面旋转成带网格的体 14 3.4 对模型施加约束、加载并求解 15 3.5加载和求解 17 3.6后处理 17 3.7 主轴静刚度的计算 18 3.8 本章小结 18 第四章 对主轴直径和支承跨距进行优化 19 4.1 优化设计思路 19 4.2 优化设计方法 20 4.3 分析轴径对主轴静刚度的影响 20 4.4 分析支承跨距对主轴静刚度的影响 23 4.5对主轴的优化提出合理化建议 27 4.6 本章小结 28 结论 29 结束语 30 参考文献 31 附录一 英文翻译以及原文 32 摘要 机床主轴的静态刚度是影响机床加工精度的主要原因之一，因此机床主轴的静态性能分析在机床设计中占据重要地位。本文基于ANSYS建立数控车床CK6163主轴的有限元分析模型，对车床主轴进行静力分析，计算其静刚度。然后对车床主轴进行参数化建模，获得主轴前端变化的最大位移的几组数值，通过对位移的计算，得出主轴轴径和支承跨距对主轴静刚度影响的数据，利用Matlab对数据进行模拟，生成关于轴径-主轴静刚度和支撑跨距-主轴静刚度的曲线，对生成的曲线进行分析，比较，结果显示主轴的静刚度随着主轴轴径的增大而增加，随着支承跨距的增大而减小，但是，主轴的支承跨距对主轴的静刚度影响因素很复杂，而主轴的轴径对主轴的静刚度的影响比较有效，基于上述结论，我们对主轴的直径和支承跨距的优化提出合理化建议。 关键词：车床主轴；有限元方法；静刚度；优化设计 Abstract Machine tool spindle static stiffness of machine tool accuracy is one of the main, so the static performance analysis of machine tool spindle design in the machine to occupy an important position. Based on ANSYS numerical control lathe spindle CK6163 the finite element analysis model of the lathe spindle, static analysis, calculation on the static stiffness. Then on the lathe spindle parametric modeling, changes in access to the front spindle groups of maximum displacement values ??calculated by the displacement axis of the spindle shaft and bearing static stiffness of the span of data, use of Matlab simulation of the data generated on Shaft - spindle static stiffness and support span - spindle static stiffness of the curve, the curve generated by anal