開題報告-機床主軸設(shè)計及靜態(tài)特性分析

2018屆畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告畢業(yè)設(shè)計（論文）題目機床主軸設(shè)計及靜態(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臥式加工中心的主軸進行仿真計算和優(yōu)化，具體包括：1.結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括切削力的計算、傳動的計算、軸的設(shè)計與軸承的設(shè)計2.根據(jù)受力情況和受力位置對主軸和軸承進行有限元分析3.根據(jù)分析結(jié)果進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化課題意義：機床主軸的靜態(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。由于主軸在對切削點處刀具和工件造成的綜合位移影響中所占的比重高達60%以上，因此在加工中心的設(shè)計過程中必須要要保證主軸具有良好的靜態(tài)特性。通過對臥式加工中心主軸靜態(tài)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能進而提高加工中心的加工精度，這對于加工中心的設(shè)計具有重要的意義。國內(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，對主軸精確度有著極大的影響。近年來，由于計算機輔助計算軟件的開發(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)特性研究進入了一個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于機床主軸的靜態(tài)分析。國內(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，國內(nèi)的一些研究學(xué)者進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]等教授以車削中心主軸為研究對象，建立主軸三維有限元參數(shù)化模型，進行主軸的靜力學(xué)分析，得到了主軸的靜剛度，找出主軸的危險點并加以優(yōu)化。2013年，上海劍橋?qū)W院的夏雨和張云玲[2]用SolidWorks三維軟件的COSMOSWorks有限元分析插件對小型銑削中心的主軸單元進行了靜剛度分析，得出了主軸的應(yīng)力分布和主軸剛度情況，為主軸的進一步分析提供了理論依據(jù)。國外主軸靜態(tài)特性研究的發(fā)展?fàn)顩r在國外，對主軸靜態(tài)態(tài)特性的研究比國內(nèi)更加完善。2000年，南斯拉夫NoviSad[3]通過具體的試驗研究來分析主軸的靜特性，并且重點研究了軸承的排列方式對主軸靜態(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GMN公司的BuchnerKurt[4]研究了角接觸軸承對整個主軸特性的影響，通過比較鋼球軸承的陶瓷軸承等不同軸承對主軸特性的影響，表明主軸設(shè)計過程中軸承的設(shè)計也至關(guān)重要。通過以上文獻不難看出，采用有限元法對主軸進行靜動態(tài)特性分析是一種常規(guī)而且便捷的方法。同時，對于對于主軸的靜態(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對主軸行受力分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過軸承位置對機床主軸靜剛度和受力情況的影響，對主軸單元的整體情況進行優(yōu)化設(shè)計。二、畢業(yè)設(shè)計方案或畢業(yè)論文研究方案研究方案：首先查閱相關(guān)書籍學(xué)習(xí)主軸的設(shè)計原理，進行主軸的設(shè)計與計算，并使用NOVEX切削數(shù)據(jù)估算軟件檢驗計算結(jié)果，然后使用ANSYS軟件進行主軸建模靜態(tài)性能分析，最后對主軸軸承跨距進行改型優(yōu)化設(shè)計。研究目標(biāo)：1.主軸以及軸承的計算；2.主軸的靜態(tài)模量分析；3.有限元分析以及對主軸進行改型優(yōu)化設(shè)計。研究內(nèi)容：1.主軸單元的設(shè)計與計算；2.主軸單元的分析；3.結(jié)合有限元分析進行優(yōu)化設(shè)計?？尚行苑治觯罕菊n題所研究的內(nèi)容主要是進行臥式加工中心主軸的靜態(tài)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在計算方面結(jié)合切削數(shù)據(jù)估算軟件能夠保證計算數(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，無論在計算方面還是分析方面，該課題的研究都是可以進行。畢業(yè)設(shè)計（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、靜態(tài)分析，并結(jié)合具體數(shù)據(jù)完成對主軸單元對優(yōu)化；2.完成一篇論文。創(chuàng)新點：以臥式銑削床裝配其他附加件時能夠擴大機床的使用范圍為切入點進行臥式加工中心主軸部件的設(shè)計，通過使用空心軸進行優(yōu)化，使用Simulation插件進行有限元分析，確定設(shè)計軸的變形程度。參考文獻[1]秦宏偉.我國數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀及方向[J].機械制造與自動化，2007，5：38-40.[2]黃建求，樓應(yīng)侯.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.[3]蕭軍，高工晉級必備，數(shù)控銑刀銑削用量的正確擇，2016-04-12.[4]濮良貴，陳國定.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2013.[5]李洪.實用機床設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.[6]劉朝儒，吳志軍.機械制圖[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心軸的設(shè)計比較[J].新技術(shù)新工藝，2013,11:90-92.[9]江洪，陳燎.SolidWorks有限元分析實例解析[M].北京：機械工業(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?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1980.[13]關(guān)慧貞.機械制造裝備設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.[14]曾光奇.工程測試技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002