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（图纸+论文）数控车床主轴参数化建模及频域分析（全套完整）

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。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.数控系统的组成是德国公司推出的全数字化数控系统，它可控制个数字进给轴和个主轴。它由控制面板单元键盘输入输出模块电源驱动器系列数字伺服电机和系列数字主轴电动机等部分组成。系统的各个部件通过现场总线连接。其结构，如图.图.数控系统组成框图.数控机床伺服系统的选择数控机床按伺服控制主要有三种类型开环控制系统，闭环控制系统和半闭环控制系统。该机床纵向和横向进给伺服驱动选择开环步进电机控制。主轴计算及校核.主轴设计电动机的选择采用系列封闭式三相异步电动机，根据原则条件选择型笼式三相异步电动机。三相异步电动机转速公式为电频率电动机的极对数转差率可以求出确定转速范围主轴最小转速.主轴的变速范围主轴能实现的最高转速与最低转速之比称为变速范围由于.这里为电动机的额定转速主轴电机的功率是.主轴电机采用交流变频控制电机，由变频器进行控制，转速范围。模拟量由基本单元的端口输出的直流电压，变频器根据输入的电压变化而输出相应的转速。利用变频器上的功能端子，将其通过参数设置成“到达指令频率闭合”状态，并通过检测此信号，从而实现对电机的运转进行监控。带传动设计电动机转速.，传递功率.，传动比.，确定计算功率取.。则选取带型由机械设计知根据小带轮的转速和计算功率，选型带。确定带轮直径和验算带速查表小带轮基准直径，验算带速成其中小带轮转速，小带轮直径，合适。确定带传动的中心距和带的基准长度设中心距为则于是.，初取中心距为。束条件，选定了单元类型。采用法对其进行自由模态分析，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。总体设计方案机床主轴的动静态特性主要就是固有频率受力变形临界转速动态响应等，在年代以前，般采用经验模拟法设计，方法繁琐，精度低。年代以后由于计算机技术和计算方法的进步，出现了有限差分法结构分析法频域法结构修正法，模态法等大量方法。本课题就是要研究机床主轴的动静态特性，其主要任务是计算轴承的刚度建立合理有效的模型，特别是轴承部分的简化，再对模型进行静变形模态及响应等各方面的分析，得到固有频率振型等参数。其中轴承刚度的计算较复杂，静刚度可用经验公式计算得出而动刚度的计算部分则要考虑主轴高速运转条件下对轴承的影响。.设计要求数控车床应具有性能数控代码制输入方式增量值绝对值通用同时控制坐标轴数坐标轴纵向，横向纵向脉冲当量值.刀具补偿量.自动升降速性能有数控系统选连续控制系统。进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。般采用位微机。在位微机中，系列单片机具有集成度高可靠性好功能强速度快抗干扰能力强具有很高的性价比，因此，可选系列单片机扩展系统。设计自动回转刀架及其控制电路。为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙，齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。数控车床的工艺范围具有快速定位，直线插补，顺逆圆插补，暂停，循环加工。对微机数控系统的要求微机控制系统要有可靠性好功能强速度快抗干扰能力强，具有很高的性能价格比等特点。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.本课题的研究内容总体设计方案.设计要求.设计参数.总体设计方案图数控系统选择.简介西门子数控系统.数控系统的组成.数控机床伺服系统的选择主轴计算及校核.主轴设计电动机的选择带传动设计.主轴的校核传动组齿轮模数的确定和校核齿轮强度校核主轴挠度的校核主轴弯曲变形的校核主轴扭转变形校核.主轴最佳跨距的确定选择轴颈直径,轴承型号和最佳跨距求轴承刚度.主轴支承处轴承的选择.主轴图参数化建模.理论基础主轴的动力学模型.建立目标函数.约束条件刚度约束强度约束转角的限制扭转变形的限制切削力的限制数控车床主轴的频域分析.频域简介及软件应用频域概述软件应用.机床主轴频域分析模型构建几何模型频域模型建立单元类型选择和网格划分.机床主轴振动模态分析动力分析模态分析结论致谢参考文献附录绪论.课题研究的背景及意义制造业是体现个国家综合实力的重要方面，是国家财富的主要创造者世界上凡是发达国家都拥有高水平的制造业。而装备制造业作为整个国家工业部门的装备提供者，其水平的高低决定了我国制造业的国际竞争力，特别是我国加入到以后，行业竞争更加激烈，已经关系到我们国家现代化的进程和民族的复兴，因此提高我国装备制造业的整体技术水平具有重大的理论和现实意义。在当前的振兴过程中，我们应该清醒的认识到我国装备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。进入年代，机床厂商和各高校都加紧了新产品的研制。国内有些厂家也生产出转速上。如上海明精机床公司生产的型高速数控车床，主轴最高转速南京机床厂生产的型高速数控车床，主轴最高转速在国际上，数控机床高速化发展也经历了几个过程，其如表.所示。表.数控机床高速化发展过程时间年代年代年代年代世纪初主轴转速主轴是数控机床的关键部件，在其前部安装工件刀具，直接参与切削加工，对机床的加工精度，工件表面质量和生产效率有很大的影响，其性能的好坏将对机床的最终性能和加工工件的质量有非常重要的影响。据研究表明中型车床在不同频率的动载荷作用下，各个部件反映在刀具与工件切削处的综合位移中主轴部件所占比例最大，未处于共振状态下占，共振状态下占。在国外，年，将轴承模拟为个简单的径向弹簧和阻尼器，采用有限差分模型分析了车床主轴的特性年即和应用频域模型研究车床主轴的动态特性及其设计。年将动柔度分析引人对主轴系统的动力特性和动态设计的研究之中。年，.等利用结构修正法分析了切削机床的主轴轴承的静态和动态性能，但只是考虑轴承径向个自由度，并且忽略了轴向力矩方向