【正文】 CK6132 車床的 主傳動(dòng)功率 .............................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第頁(yè)共 34 頁(yè) 致謝 本課題的研究和論文的撰寫工作都是在趙知辛老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在論文撰寫過程中得到了趙老師的許多指導(dǎo)和鼓勵(lì)。 (1)用 ANSYS分析計(jì)算出 CK6132數(shù)控車床在第一第二工況時(shí)主軸前端面的切削剛度分別為 107N/m、 107N/m。主軸分級(jí)變速箱公比 φ Rdp，所以車床轉(zhuǎn)速在380950r/min 范圍類功率不足。 第頁(yè)共 34 頁(yè) 模態(tài)分析計(jì)算結(jié)果見表 SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE 1 1 1 1 2 1 2 2 3 1 3 3 4 1 4 4 5 1 5 5 6 1 6 6 7 1 7 7 8 1 8 8 9 1 9 9 10 1 10 10 利用 ANSYS 對(duì) CK6132 數(shù)控車床的主軸組 件和主軸進(jìn)行了模態(tài)分析，得到以下結(jié)論： CK6132 數(shù)控車床的主軸組件的橫向振動(dòng)的最小固有頻率為 ,主軸的固有頻率與主軸的質(zhì)量分布有關(guān)，當(dāng)主軸上無工件時(shí)的固有頻率頻率比主軸上夾持工件時(shí)高；提高主軸的支承剛度，可以提高主軸的固有頻率；車床在加工過程中使用尾座支撐工件，可顯著提高主軸組件的固有頻率。 5．進(jìn)行求解 從主菜單中 Main Menu:SolutionSolveCurrent LS 命令，打開一下確認(rèn)對(duì)話框和狀態(tài)列表，要求查看列出的求解選項(xiàng)。 Block Lanczos Method 對(duì)話框，在 StartFreq(initial shift)文本框中輸入 0，在 End Frequency 文本框中輸入 10000，單擊 OK 按鈕。 ANSYS 模態(tài)提取方法 ANSYS 提供了七種模態(tài)提取方法：它們分別是子空間法（ Subspace）、分塊 第頁(yè)共 34 頁(yè) 蘭索斯法（ Bock Lanczos）、 Power Dynamics 法、縮減法（ Reduced）、非對(duì)稱法（ Unsymmetric）、阻尼法（ Damped）和 QR 阻尼法（ QR Damped），前五種應(yīng)用于無阻尼自由振動(dòng)，阻尼法和 QR 阻尼法允許在結(jié)構(gòu)中存在阻尼。 圖 主軸組件在切深方向的變形 ② 主軸的第三工況 ,屬于精車加工 , 主軸組件在切深方向的變形，直接對(duì)工作形狀產(chǎn)生誤差，在該工況下，因主軸組件變形，工件上各點(diǎn)在切深方向的位移如圖 ，由此產(chǎn)生的直線度誤差為 10－ 5m。對(duì)于某一型號(hào)車床，由此可確定出不不產(chǎn)生自激振動(dòng)的最大（極限）切削寬度 blim。工作尺寸為：直徑 d=， 長(zhǎng)度L=， Dmax為最大回轉(zhuǎn)直徑。機(jī)床的主軸剛度則是主軸重要性能之一，它反映了機(jī)床抵抗外載荷的能力，對(duì)于高精度機(jī)床而言，主軸剛度對(duì)機(jī)床的性能影響則更為重要。 第頁(yè)共 34 頁(yè) ③結(jié)果評(píng)價(jià) 這一步驟包括 ANSYS 的全部后處理功能。 3）求解計(jì)算 ANSYS 提供了基于直接求解法的稀疏直接求 解器（ Sparse Direct Solver）和波前求解器（ the Frontal Solver）。 圖 主軸組件力載荷步 2）施加載荷 第頁(yè)共 34 頁(yè) 圖 主軸組件轉(zhuǎn)矩載荷步 根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況， ANSYS 可以在結(jié)構(gòu)上施加集中力、分 布力、重力及預(yù)應(yīng)力等。分析 CK6132 主軸時(shí)，分成兩個(gè)載荷步進(jìn)行求解，一個(gè)是力載荷步，另一個(gè)是轉(zhuǎn)矩載荷步， ANSYS 分析模型見圖 和圖 ，然后通過后處理中的載荷工況 (load case ）求和操作，得到主軸在彎曲、扭轉(zhuǎn)和壓縮狀態(tài)下的應(yīng)力和變形。網(wǎng)格分得越細(xì)，計(jì)算結(jié)果的誤差越小，但所需要的計(jì)算時(shí)間也就越長(zhǎng)。 3)定義實(shí)常數(shù) 用實(shí)常數(shù)（ real constants）來定義分析模型的截面特性。主軸幾何模型的構(gòu)建，可以利用 ANSYS 提供的繪圖功能進(jìn)行繪制，也可以使用 CAD 軟件所提供的強(qiáng)大繪圖功能進(jìn)行圖形繪制。主軸的第一工況雖然對(duì)主軸的作用力最大，但力的作用點(diǎn)較靠近主軸前支承，當(dāng)在運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力由高速齒輪（ Z=45）傳入，車床進(jìn)行粗車加工時(shí)（切削用量：n=530r/min,ap=,f=，電機(jī)輸出功率 3kw），此工況稱為主軸第二工況。這樣的計(jì)算是近似的。即取切削速度為50m/min，進(jìn)給量為每轉(zhuǎn) 左右。從 式和 式可知，對(duì)于一定的機(jī)床和一定的切削方式， Ky、 ζ 、 β 、φ 都是一定的。因此， Y 向的剛度 Ky=Py/y=Pcosβ /y 即 Ky≥ Kabblimcosβ /2ζ (1+ζ ) () 車削外圓時(shí) ,Py=Pcosβ cosφ 因此 Ky=Kabblimcosβ cosφ /2ζ (1+ζ ) () 以上式中 Kab—— 車銑時(shí)的切削系數(shù)（ N/μ m事實(shí)上，切削力 P并不在 Y 向，而是與 y 向成夾角 β 。再生自激振動(dòng)穩(wěn)定性的判別 式： 第頁(yè)共 34 頁(yè) blim≤ 2Kζ (1+ζ )/Kab Kab稱為切削系數(shù) 這個(gè)公式說明，對(duì)于一定的機(jī)床，存在著一個(gè)不產(chǎn)生自激振動(dòng)的最大（極限）切削寬度。 有的資料推薦，車床 Dmax＝ 250mm 及 320mm 時(shí)，主軸前端靜剛度為 K＝100N/μ m ， Dmax=400mm 時(shí)， K=120N/μ m。例如有的資料推薦，在額定載荷作用下，主軸端部的變形，不得超過精度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的主軸端部徑向跳動(dòng)的 1/3。 KM=MN/=MNL/θ (N 機(jī)床主軸組件彎曲剛度 機(jī)床主軸組件（包括主軸、軸承和 Ф 60mmｘ 90mm 的 45 鋼工件）彎曲剛度 K，定義為使主軸前端產(chǎn)生單位位移，在位移方向所需施加的力，如圖 所示。 后處理 —— ANSYS 提供兩種后處理方式， POST1 和 POST26。 靜力分析中固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定，即假定載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時(shí)間的變化非常緩慢。 的主軸結(jié)構(gòu)（ 如圖 所示 ） CK6132 的主軸前端軸頸的直徑 75（ mm），后端軸頸的直徑 65（ mm），通孔直徑38(mm)。一般普通機(jī)床的主軸，可以采用 45 或 60優(yōu)質(zhì)碳鋼，調(diào)質(zhì)到 HB220— 250 左右。只有重載主軸，或因構(gòu)造上的原因，主軸不得不設(shè)計(jì)得很細(xì)時(shí)，才需考慮強(qiáng)度問題。因此，后軸頸的直徑往往小于前軸頸。 主軸直徑的選擇 在設(shè)計(jì)之初，由于確定的只是一個(gè)設(shè)計(jì)方案，尚未確定具體構(gòu)造。為了便于裝配，常把主軸作成階梯形。有軸向預(yù)緊力 C。它隨載荷的增大而增大。 不同精度等級(jí)的機(jī)床，主軸軸承的精度可參照表 選用。此外又規(guī)定了 2 種輔助精度等級(jí) SP（特殊精密級(jí)）和 UP（超精密級(jí)。主軸軸承以 4級(jí)為主（記為 4）。其中 α ＝ 250的編號(hào)為 7000AC型屬特輕型；編號(hào)為 7190AC 型，屬超輕型。 ②雙向推力角接觸球軸承 BTAA/BTAB。下面簡(jiǎn)述幾種常用的數(shù)控機(jī)床主軸軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和適用范圍。主軸軸承，可選用圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承和角接觸球軸承。這時(shí)因滾動(dòng)軸承可以用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑以 第頁(yè)共 34 頁(yè) 免漏油。 車床主軸常用滾動(dòng)軸承 軸承選型 主軸滾動(dòng)軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑和冷卻都直接影響主軸組件的工作性能。如果主軸裝有滾動(dòng)軸承，則支承處的耐磨性決定于滾動(dòng)軸承，與軸頸無關(guān)。如果前、后軸承溫升不同，還將使主軸傾斜。主軸的固有頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于激振力的頻率，使它不易發(fā)生共振。目前對(duì)主軸組件的彎曲剛度標(biāo)準(zhǔn)尚無統(tǒng)一規(guī)定。運(yùn)動(dòng)精度則還決定于主軸轉(zhuǎn)速、軸承的設(shè)計(jì)和性能以及主軸組件的平衡。 旋轉(zhuǎn)精度 主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度，是指裝配后，在無載荷、 低速轉(zhuǎn)動(dòng)（用手轉(zhuǎn)動(dòng)或低速機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)１的條件下，主軸前端安裝工件或刀具部位的徑向和軸向跳動(dòng)值。所以主軸組件的工作性能，對(duì)加工質(zhì)量和機(jī)床生產(chǎn)率有重要影響。 ④主傳動(dòng)的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 238r/min。 結(jié)論 ①主軸電動(dòng)機(jī)功率偏小。 無級(jí)傳動(dòng)時(shí) nj= （ ） 第頁(yè)共 34 頁(yè) CK6132 數(shù)控車床主傳動(dòng)分析 主傳動(dòng)分析 CK6132 數(shù)控車床主傳動(dòng)采用通用變頻器和普通異步交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，主軸的輸出扭矩應(yīng)隨轉(zhuǎn)速的降低而加大。最后確定的 nmax和 nmin還應(yīng)與同類型車床進(jìn)行對(duì)比（ D工件最大回轉(zhuǎn)直徑）。 CK6132 數(shù)控車床采用雙速電機(jī)變頻高速 ,并帶有分級(jí)變速箱 . CK6132 數(shù)控車床主軸 ,前支承采用雙列圓柱滾子軸承 (D3182115),后支承采用圓錐滾子軸承(20xx113E)和推力軸承 (D8113)。機(jī)床動(dòng)靜態(tài)分析的原理方法是具有共性的，用動(dòng)靜態(tài)分析的原理方法來分析具體的機(jī)床是有其特殊性的，所以，在有限元方法在數(shù)控車床設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方面做一些探討是有意義的。隨著超高速切削機(jī)理、超硬耐磨長(zhǎng)壽命刀具材料和磨料磨具、大功率高速電主軸、高加／減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件以及高性能控制系統(tǒng)和防護(hù)裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，新一代高速數(shù) 控機(jī)床將應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。近幾年，又出現(xiàn)了以數(shù)控機(jī)床為基本加工單元的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ puter integrated manufacturing systems,簡(jiǎn)稱CIMS），實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造、經(jīng)營(yíng)等過程的計(jì)算機(jī)集成管理和控制。 1959 年，美國(guó)克耐杜列克公（ Keaney＆ Trecker）首次成功開發(fā)了加工中心（ machine center，簡(jiǎn)稱 MC），這是一種有自動(dòng)換刀裝置和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的數(shù)控機(jī)床，可以在一次裝夾中對(duì)工件的多個(gè)平面進(jìn)行多工序的加工（包括鉆孔、锪孔、攻絲、鏜削、平面銑削、輪廓銑削等。 數(shù)控車床的發(fā)展 數(shù)控機(jī)床（ numerical control machine tool）是采用了數(shù)字控制技術(shù)（ numerical control 簡(jiǎn)稱 NC）的機(jī)械設(shè)備，就是通過數(shù)字化的信息對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)要求的機(jī)械動(dòng)作，自動(dòng)完成加工任務(wù)。 目前，國(guó) 內(nèi)外機(jī)床廠家已經(jīng)在機(jī)床設(shè)計(jì)中廣泛地應(yīng)用有限元分析方法，并在機(jī)床基礎(chǔ)件（如床身、立柱、框架等）和主軸部件等的靜、動(dòng)態(tài)特性分析計(jì)算中取得成就。有限元或有限單元（ Fi Element）這一術(shù)語，是 于 1960 年在一篇論文中首次提出的。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 有限元方法的發(fā)展概況及應(yīng)用 有限元方法的發(fā)展，其基本思想的提出可以追溯到上世 紀(jì) 40年代初。因而長(zhǎng)期以來，在許多情況下仍沿用外推或類比的方法進(jìn)行機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算一直沿用一般的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。 第頁(yè)共 34 頁(yè) 第一章引言 研究的目的和意義 主軸部件是數(shù)控機(jī)床的重要部件之一，直接參與切削加工，對(duì)機(jī)床的加工精度，表面質(zhì)量和生產(chǎn)率影響很大。雖然這些計(jì)算公式的導(dǎo)出大多是依據(jù)強(qiáng)度方面的理論分析，并輔以試驗(yàn)方法和測(cè)試技術(shù)的研究，具有一定的科學(xué)依據(jù)和可靠性。上述比較傳統(tǒng)的方法獲得的計(jì)算結(jié)果大多用于不同結(jié)構(gòu)性能的定性分析和比較。 1943年，數(shù)學(xué)家 首次提出離散的概念，他將一個(gè)連續(xù)的整體離散成有限個(gè)分段連續(xù)單元的組合，并第一次嘗試應(yīng)用三角形單元的分片連續(xù)函數(shù)和最小勢(shì)能原理相組合，來求解 St． Ve