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（终稿）数控车床主轴参数化建模及频域分析（全套完整有CAD）

研究它们的结构动力学特性。模态分析的具体研究方法根据其手段的不同主要分为两种基于频域法的计算模态分析和基于测试技术的实验模态分析。模态分析的理论是在机械阻抗与导纳的概念上发展起来的。近十余年来，模态分析理论吸取了振动理论信号分析数据处理数理统计以及自动控制理论的知识，形成了套独特的理论，它已经成为近年来应用于结构动力学研究的重要方法。模态分析的基本原理是将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。由振动理论，系统任点的响应均可表示为各阶模态响应的线性组合。因而，通过求出的各阶模态参数就可以得到任意激励下任意位置处的系统响应。模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析振动故障诊断和预报以及结构动力学特性的优化设计提供依据。工程中较复杂的振动问题多为象机床主轴箱这样的多自由度系统。主轴的动力学模型为便于研究，对系统做出以下假设刀盘系统为刚性，在切削过程中不变形。在加工过程中，主轴没有轴向移动，并且忽略轴向力的影响。各运动副表面没有间隙。设刀具大带轮的质量转动惯量和极转动惯量分别为和，各轴段为。弯曲刚度为，主轴位移和偏角为，。参考文献知其在无阻尼时振动的运动微分方程为其中为柔度矩阵。已知，可以求出，综上代入数据可以求出.建立目标函数以刚度为目标函数。带长查表取相近的基准长度，。带传动实际中心距验算小带轮的包角般小带轮的包角不应小于。合适。确定带的根数其中时传递功率的增量按小轮包角，查得的包角系数长度系数计算带的张紧力其中带的传动功率，带速，每米带的质量，取.。.。计算作用在轴上的压轴力.主轴的校核传动组齿轮模数的确定和校核模数的确定计算齿齿轮的模数其中公比电动机功率.齿宽系数齿轮传动许允应力计算齿轮计算转速。取，安全系数。由应力循环次数选取，取，取。齿轮强度校核计算公式.确定动载系数齿轮精度为级，由机械设计查得使用系数.确定齿向载荷分配系数取齿宽系数非对称,查机械设计得确定齿间载荷分配系数由机械设计查得确定动载系数查表计算弯曲疲劳许用应力查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。，.，故合适。主轴挠度的校核确定主轴最小直径主轴的直径轴的校核已知，所以合格。主轴弯曲变形的校核查阅轴的许用挠度和许用偏转角的表格，得到轴的许用挠度，为支撑跨距。在.处其中.此轴的最大挠度小于许用挠度。查机械设计手册有小于许用偏转角，综上所述，轴的弯曲控制系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。.设计参数表.机床基本参数项目单位参数型号床身回转直径刀架上回转直径主轴最高转速主电机功率.数控系统西门子尾座主轴直径行程及主轴孔锥度莫氏圆锥号丝杠螺距系统环境工作条件温度湿度为输入电网电压交流频率为电流为总体设计方案图图.数控车床的主轴设计总体方案示意图数控系统选择数控系统是数字控制系统简称，英文名称为，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控，年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。计算机数控，简称系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如德国公司日本公司国内公司如中国珠峰公司北京航天机床数控系统集团公司华中数控公司和沈阳高档数控国家工程研究中心。选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度驱动电机的功率和用户的要求，所以依据改造的具体要求选用德国公司系统相应的驱动装置。.简介西门子数控系统系统包括等型号，它是西门子公司世纪年代才开发的集于体的经济型控制系统。该系统的性能价格比较高，比较适合于经济型与普及型车铣磨床的控制。系列数控系统的共同特点是结构简单，体积小，可靠性高，此外系统软件功能也比较完善。系列是公司专为简易数控机床开发的经济型数控系统，两种系统的区别是系列采用步进电机驱动，系列采用数字交流伺服驱动系统。。同年，北京理工大学的刘素华利用频域分析软件对电主轴的动静态特性进行了分析。年，杨曼云等利用.软件对卧式加工中心的主轴系统进行了静动态特性分析。武汉理工大学的杨光等利用传递矩阵法对电主轴系统进行了动力学特性分析。年，无锡机床股份有限公司的蔡英等基于传递矩阵法，对型内圆磨床的高速主轴系统进行了动力学特性分析。对于数控机床的主轴部件常用的结构主要有以下几种形式对于高速高精度机床，为了实现高的主轴转速，采用主轴电机结构对于中等要求的数控机床，采用主轴电机，驱动经过减速机构驱动采用齿轮传动和同步带传动的专用主轴生产厂生产的主轴对于般的数控机床经济型数控机床，采用交流电机经过皮带传动，再经过主轴变速箱体其结构与普通机床的主轴箱有很大的不同实现主轴的变速。近年随着计算机及其相关软硬件技术的发展促进了虚拟样机技术的快速发展，同时成熟的建模和分析软件技术使产品动态设计成为可能。.本课题的研究内容本课题采用频域软件来分析主轴的动静态特性。软件是个应用广泛的工程频域分析软件，主要是利用频域法将所探讨的工程系统转化成个频域系统，该频域系统由节点及元素所组合而成，以取代原有的工程系统，频域系统可以转化成个数学模式，并根据该数学模式得到该频域系统的解答，且可以通过节点元素把结果表现出来。完整的频域模型除了节点元素外，还包含工程系统本身所具有的边界条件，如约束条件外力的负载等。利用频域软件对主轴进行静动态特性分析，确定合理的边界条件，改善主轴部件的静动态特性，并采用合理的数学建模方法进行对比分析，最后以沈阳机床厂生产的型数控车床为研究对象，检验前面进行的理论分析，从而得出合理的设计方法，为实现产品的动态设计打下基础。具体工作分为以下几个部分总结了机床动态设计方法研究和机床主轴动静态研究的发展状况和发展趋势，在总结前人研究成果的基础上，结合当前的技术发展趋势，采用频域方法来进行开展研究阐述学习理论基础，即振动理论模态分析理论，简要论述了模态参数，识别原理简要论述了频域方法和动力学分析的基本求解过程，建立机床主轴频域模型，合理的确定了载荷轴承支承刚度和约制造业和发达国家的差距，不能只看到眼前的时繁荣。特别是机床行业，在设计水平上与发达国家有着比较大的差距，缺少创新和突破，掌握核心技术较少，特别在高端的产品领域，竞争力还不够强大。动态设计的原则目标是保证机械满足其功能前提要求的条件下具有较高的动刚度，使其经济合理运转平稳可靠。要从总体上把握机械结构的固有频率振型和阻尼比。具体为避开共振，避开率应在降低机器运行过程中的振动幅度结构各阶模态刚度最大且尽量相等结构的各阶模态阻尼比要尽量高避免结构疲劳破坏提高振动稳定性。设计步骤建立机械结构或机械系统的动力学模型，根据设计图纸建立力学模型，也可以应用试验模态分析技术建立结构的试验模型利用数学模型求解自由振动方程得到结构振动的固有特性，引入外部激励可以进行动力响应分析动态性能评定结构修改和优化设计。.数控机床主轴国内外研究现状我国数控技术的开发始于年，几乎与国外同时起步。但由于自身技术的落后，研制进展十分缓慢。但“九五”以来，我国机床在关键技术的突破上主要表现在以下方面数控系统网络化集成化。应用机开发出了轴联动，可控轴的分布式数控系统，以及可靠性达到小时的高分辨率数控系统。实现了高速主轴快速进给高速换刀机构的“三高”技术的突破。国产加工中心的主轴转速可以达到万.万，快速进给般都能达到。静压技术精密传动技术的突破，有效地提高了重型机床的主轴精度和定位精度。如武汉重型机床厂和齐齐哈尔第机床厂开发的精密双齿轮条传动系统，大大消除了齿轮传动间隙，提高了传动精度。在机床主轴转速方面，我国取得了长足的进步，但与国外的差距还是很大。在年代之前，我国机床主轴转速般都不到。数控车床,主轴,参数,建模,分析,毕业设计,全套,图纸本毕业设计是对数控车床主轴进行参数化建模及频域分析，将现代化的设计方法应用于机床的设计，以数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控车床主轴伺服系统机械部分进行参数化设计，理论强度基础计算及其关键零件的校核，对车床进给伺服系统进行数学建模，然后使用软件进行频域仿真，简要论述了频域方法和动力学分析的基本求解过程，建立机床主轴频域模型，合理的确定了载荷轴承支承刚度和约束条件，选定了单元类型。采用法对其进行自由模的具体研究内容，总结了机床动态设计方法研究和机床主轴动静态研究的发展状况和发展趋势，在总结前人研究成果的基础上，结合当前的技术发展趋势，采用频域方法来进行研究，简要论述了模态分析，得到主轴的固有频率和振型，找出工作时容易发生共振的频率域，为进步提高精度和转速提供理论依据。通过毕业设计进行了机电结合的全方面训练，从而培养设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的综合能力。关键词频域分析模态分析机床主轴振数控机床主轴国内外研究现状.本课题的研