开题报告-机床主轴设计及静态特性分析

2018届毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目机床主轴设计及静态特性分析课题背景课题的目的与意义本课题的目的是对卧式加工中心的主轴进行仿真计算和优化，具体包括：1.结构设计，包括切削力的计算、传动的计算、轴的设计与轴承的设计2.根据受力情况和受力位置对主轴和轴承进行有限元分析3.根据分析结果进行结构优化课题意义：机床主轴的静态特性主要表现为主轴的静刚度，反应了主轴抵御外载荷的能力。由于主轴在对切削点处刀具和工件造成的综合位移影响中所占的比重高达60%以上，因此在加工中心的设计过程中必须要要保证主轴具有良好的静态特性。通过对卧式加工中心主轴静态分析与结构优化，能进而提高加工中心的加工精度，这对于加工中心的设计具有重要的意义。国内外研究的发展状况主轴的静态特性主要为主轴的静刚度，具体表现为主轴抵御外载荷的能力，对主轴精确度有着极大的影响。近年来，由于计算机辅助计算软件的开发与有限元分析技术的日益成熟和广泛使用，主轴的静态特性研究进入了一个方便而又快捷的阶段。如常用的切削数据估算软件NOVEX和常用的有限元分析软件Simulation,ANSYS和MSC等，都极大方便了我们对于机床主轴的静态分析。国内主轴静态特性研究的发展状况在主轴的静态分析方面，国内的一些研究学者进行了大量的研究工作并取得了众多的研究成果。2012年，东北大学的李金华与刘永[1]等教授以车削中心主轴为研究对象，建立主轴三维有限元参数化模型，进行主轴的静力学分析，得到了主轴的静刚度，找出主轴的危险点并加以优化。2013年，上海剑桥学院的夏雨和张云玲[2]用SolidWorks三维软件的COSMOSWorks有限元分析插件对小型铣削中心的主轴单元进行了静刚度分析，得出了主轴的应力分布和主轴刚度情况，为主轴的进一步分析提供了理论依据。国外主轴静态特性研究的发展状况在国外，对主轴静态态特性的研究比国内更加完善。2000年，南斯拉夫NoviSad[3]通过具体的试验研究来分析主轴的静特性，并且重点研究了轴承的排列方式对主轴静态特性的影响，为主轴的静态分析提供了更多的研究方向。2000年，德国GMN公司的BuchnerKurt[4]研究了角接触轴承对整个主轴特性的影响，通过比较钢球轴承的陶瓷轴承等不同轴承对主轴特性的影响，表明主轴设计过程中轴承的设计也至关重要。通过以上文献不难看出，采用有限元法对主轴进行静动态特性分析是一种常规而且便捷的方法。同时，对于对于主轴的静态分析不可缺少的应该考虑到主轴的轴承。本课题，将采用有限元软件Simulation对主轴行受力分析和结构优化，通过轴承位置对机床主轴静刚度和受力情况的影响，对主轴单元的整体情况进行优化设计。二、毕业设计方案或毕业论文研究方案研究方案：首先查阅相关书籍学习主轴的设计原理，进行主轴的设计与计算，并使用NOVEX切削数据估算软件检验计算结果，然后使用ANSYS软件进行主轴建模静态性能分析，最后对主轴轴承跨距进行改型优化设计。研究目标：1.主轴以及轴承的计算；2.主轴的静态模量分析；3.有限元分析以及对主轴进行改型优化设计。研究内容：1.主轴单元的设计与计算；2.主轴单元的分析；3.结合有限元分析进行优化设计。可行性分析：本课题所研究的内容主要是进行卧式加工中心主轴的静态分析和结构优化。在计算方面结合切削数据估算软件能够保证计算数据能够不偏离太多；在分析方面，有限元软件Simulation的可靠性与普及适用性能够保证主轴静态分析的可行性。因此，无论在计算方面还是分析方面，该课题的研究都是可以进行。毕业设计（论文）预期成果及创新预期成果：1.完成主轴的结构设计、静态分析，并结合具体数据完成对主轴单元对优化；2.完成一篇论文。创新点：以卧式铣削床装配其他附加件时能够扩大机床的使用范围为切入点进行卧式加工中心主轴部件的设计，通过使用空心轴进行优化，使用Simulation插件进行有限元分析，确定设计轴的变形程度。参考文献[1]秦宏伟.我国数控机床发展现状及方向[J].机械制造与自动化，2007，5：38-40.[2]黄建求，楼应侯.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社，2015.[3]萧军，高工晋级必备，数控铣刀铣削用量的正确择，2016-04-12.[4]濮良贵，陈国定.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2013.[5]李洪.实用机床设计手册[M].北京：机械工业出版社，1999.[6]刘朝儒，吴志军.机械制图[M].北京：高等教育出版社，2016.[7]Finiteelementanalysisandoptimizationdesignofmachinetoolspindlecomponents[8]孙丽雪，王跃军.同等刚度条件下空心轴与实心轴的设计比较[J].新技术新工艺，2013,11:90-92.[9]江洪，陈燎.SolidWorks有限元分析实例解析[M].北京：机械工业出版社，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.金属材料及热处理[M].上海：上海科学技术出版社，1980.[13]关慧贞.机械制造装备设计[M].北京：机械工业出版社，2009.[14]曾光奇.工程测试技术基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2002