【毕业设计】数控车床主轴参数化建模及频域分析毕业设计说明书 ㊣ 精品文档 值得下载

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，西安文理学院本科毕业设计论文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的自由度，更忽略了轴承刚度的非线性。

而国内从事这领域研究的也很多，特别是早期对普通主轴动特性的研究。

年，江苏工学院的付华应用试验模态分析与频域计算相结合的方法，对传统主轴部件进行了动力特性分析，并对主轴进行了动力修改。

年，大连理工大学的肖曙红用频域结合迭代的分析方法，编制了主轴组件静动特性分析软件。

年，北京工业大学的费仁元等采用实验方法对复杂的主轴部件进行了动态特性分析。

年，沈阳工业学院的史安娜等对主轴部件建立了空间梁单元模型，并在此基础上对其静动态特性进行了分析。

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。

软件是个应西安文理学院本科毕业设计论文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。

西安文理学院本科毕业设计论文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分析在动力学分析中是极其重要的环，用于确定结构的固有频率和振型，同时也是进行其它动力学分析诸如瞬态动力学分析谐响应分析和谱分析的基础。

在中提供了七种模态方法，分别法子空间法法缩减法不对称法阻尼法。

本文采用法，该法西安文理学院本科毕业设计论文是求解大型矩阵特征问题的种最有效的方法，其特点是利用递推关系式产生个正交的向量矩阵向量矩阵，通过该矩阵的相乘运算便可以获得个对于结构的离散化模型质量优良的假设模态矩阵，即截断的向量矩阵，它所形成的模态空间能有效地逼近结构的离散化模型的低阶模态空间。

与子空间迭代法相比，该方法既适用于同样广的求解问题的范围，又有更快的求解速度，对模型单元的质量要求较低，所要内存及硬盘空间也不高此外，计算精度比减缩法高。

模态分析主要步骤就是建模加载求解扩展模态和结果后处理。

在中模态分析要注意只有线性行为有效，即使制定非线性单元，系统也将按照线性处理模态分析中唯的载荷就是零位移约束。

分析结果包括频率振型和对应的应力分布。

结构的振动可以表达为各阶振型的线性叠加，其中低阶振型比高阶振型对结构的振动影响大，低阶振型对结构的动态特性起决定作用，故进行结构的振动特性分析时通常取前阶即可。

因此，在中采用模态提取法计算了主轴的前阶固有频率和振型。

求出主轴的前五阶固有频率为，二三阶固有频率相等，而且其振型表现为正交，可视为对重根同理，四五两阶也如此。

可以看出主轴的固有频率足够高，即主轴的动静刚度能够满足高刚度的设计要求。

根据主轴模态分析得到的固有频率计算主轴的阶临界转速远大于高速车削主轴的工作转速小于，说明主轴的工作转速能有效地避开共振区，保证主轴的加工精度。

目前的数控机床在向高速度高刚度的方向发展，要使机床能安全可靠地工作，保证所加工零件的高精度，机床就必须具有良好的动态性能。

采用对机床主轴进行模态分析验算，从结果中发现问题，及时消除隐患，既可节省投资，又能缩短产品的开发周期。

图主轴的前五阶固有振动频率西安文理学院本科毕业设计论文图阶振型图图二阶振型图西安文理学院本科毕业设计论文图三阶振型图图四阶振型图西安文理学院本科毕业设计论文图五阶振型图从以上的计算过程可以看出，用对机床主轴进行模态分析，计算快捷，得到的振型直观易于分析。

从上面图型可以看出，主轴在第二三四五阶时，发生了弯曲变形第阶时，主轴发生轴向变形。

主轴以弯曲变形为主，同时也发生轴向变形。

因此，主轴在工作时，主要发生弯曲变形。

根据振动理论。

振动过程中的能量主要集中在第二阶，弯曲是主轴的主要振动。

由于采用近似的线性模型包括材料特性的线性化和频域模型的线形化，因而在阶数越低的情况下对主轴进行的理论分析值与实验测得的值就越接近，而在高阶部分就误差越来越大。

西安文理学院本科毕业设计论文结论随着机床向高速化，高精度发展，人们对机床主轴提出了越来越高的要求，首要问题就是通过对机床主轴动态特性进行分析研究，找出提高动态特性的理论依据。

对于机床主轴的动态特性分析，如何处理轴承弹性支承成为了个难点。

由于主轴的轴向刚度很大，阻尼对横向振动特性影响很小，所以在建立频域模型中只考虑径向刚度影响，利用四个同截面周向均布的弹簧阻尼单元模拟。

建立主轴频域模型，采用法对机床主轴进行频域模态分析，得到固有频率和振型，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，为进行结构改进提供理论指导。

本文对高速高精度数控机床主轴动态特性进行了定研究和分析，达到了预期的目的，但仍然有待进步深化和研究的地方数控机床在加工过程中，切削时会发生颤振，这是机床发生自激振动主要的形式。

由于条件限制，对轴承的刚度研究还不充分，特别是动刚度的研究，缺少试验研究，由于轴承刚度的重要性，在以后应该对刚度进步深入研究。

由于没有做物理实验，没有实验数据与理论数据作对照，分析还存在局限性。

西安文理学院本科毕业设计论文致谢在本论文完成之际，我要感谢我的指导老师刘凌老师的热情关怀和悉心指导。

在我撰写论文的过程中，刘老师倾注了大量的心血和汗水。

从开题报告的修改论文的架构拟定到最终定稿，她给予了殷切的指导，提出了许多宝贵的意见。

无论是在论文的选题构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了刘老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是她广博的学识严谨的治学精神和丝不苟的工作作风使我受益匪浅，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。

此外，感谢母校内所有教过我的老师和使我受教的老师们的无私传道授业解惑，让我能辨事理明是非，让我在人生的长路上向前迈进大步。

同时，由于本人才疏学浅，加之此次设计时间紧任务重，同学们都给予了重要帮助。

由于篇幅限制在此不再将他们列举，但是我对他们无私慷慨的帮助表示深深的谢意，最后要感谢的是我的父母，他们不仅培养了我对中国传统文化的浓厚的兴趣，让我在漫长的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依，而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。

在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望，我定会好好孝敬和报答他们，西安文理学院本科毕业设计论文参考文献黄雨华董遇泰。

现代机械设计理论和方法，沈阳，东北大学出版社，张耀满王旭东蔡光起滕立波。

高速机床频域分析