高速凸轮轴磨床砂轮主轴系统静动态特性分析及实验研究-机械工程专业论文.docx

高速凸轮轴磨床砂轮主轴系统静动态特性分析及实验研究-机械工程专业论文.docx

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StaticandDynamicCharacteristicAnalysisandExperimentalStudyofSpindleSystemofHigh-speedCamshaftGrinder

TypeofDegree AcademicDegree Discipline（TypeofProfessionalDegree）MechanicalEngineeringCandidate PiZhou StudentNumber 12010301034 SupervisorandProfessionalTitle DengZhaohuiProfessor PracticeMentorandProfessionalTitle

School SchoolofElectromechanicalEngineering Date May20th，2015 UniversityHunanUniversityofScienceandTechnology

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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

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摘要

高速加工技术之所以能成为现代生产制造领域的主流加工技术，是由于它是一种能够通过提高加工速度从而达到提高生产率、加工精度、加工质量和降低成本为目的现代加工技术。

凸轮轴等异形零件是发动机配气机构、纺织机械及自动化生产线的关键零件，其加工精度、效率、表面质量等要求越来越高，因此，这就要求凸轮轴磨床具备更好的静动态性能。

而砂轮主轴是其核心功能部件之一，主轴的静动态特性将对磨床的加工精度、效率、表面质量产生很大的影响。

因而对高速电主轴单元的静动态特性进行分析，对提高高速机床加工性能有十分重要意义。

本文以CNC8325B型凸轮轴高速数控磨床砂轮主轴系统为研究对象，将有限元仿真理论分析与实验研究相结合，建立砂轮主轴有限元模型，对其静动态特性进行了研究，具体展开了如下工作：

（1）利用有限元分析软件AnsysWorkbench对砂轮主轴系统进行有限元建模，对砂轮主轴进行静态特性有限元数值分析，得到砂轮主轴在静载荷作用下的变形，并分析计算了砂轮主轴的静刚度。

（2）运用有限元分析软件AnsysWorkbench对砂轮主轴系统进行动态特性的有限元分析，分析砂轮主轴系统在自由状态下，主轴系统的前六阶振型、固有频率以及临界转速，表面电主轴的结构设计可以有效地避开共振区。

（3）搭建砂轮主轴静刚度测试系统，对砂轮主轴的径向刚度进行了测试。

通过实验的测试与有限元分析结果的对比，来验证有限元数值模拟的正确性。

（4）采用试验模态分析方法对砂轮主轴进行模态试验，获得实验数据对其进行模态分析，得到了砂轮主轴的固有频率，避免发生共振影响加工效果。

将模态试验测得的主轴固有频率与有限元动态特性分析得出的固有频率进行对比，验证有限元分析的正确性。

关键词：

砂轮主轴系统；有限元分析；静态特性；动态特性；试验测试

-i-

Abstract

High-speedMachiningtechnologyhasbecomeamajorfieldofmodernproductionandprocessingtechnology,becauseitisamodernprocessingtechnologybyincreasingtheprocessingspeedastoimproveproductivity,precision,processingqualityandcostreductionforthepurpose.Profiledcamshaftenginevalvetrainparts,keypartsoftextilemachineryandautomatedproductionlines,andithasahighlyrequirementsofprecision,efficiency,surfacequality,therefore,whichrequirescamshaftgrinderwithbetterstaticanddynamicperformance.Thewheelspindleisoneofitscorefeatures,staticanddynamiccharacteristicswillgrinderspindlemachining

accuracy,efficiency,andsurfacequalityhaveahugeimpact.，soanalysisthehigh-speedspindleunitstaticanddynamiccharacteristics，ithasavery

importantsignificancetoimprovetheperformanceofhigh-speedmachining.

ThispaperthroughCNC8325B-speedcamshaftgrindingwheelspindleastheresearchobject,combinethefiniteelementsimulationoftheoreticalanalysisandexperimentalresearch,establishwheelspindlefiniteelementmodel,specificworkcarriedoutasfollows:

1、InthefiniteelementanalysissoftwareAnsysWorkbench,thefinite

elementmodelingiscarriedoutonthegrindingwheelspindlesystem,thestaticcharacteristicsoffiniteelementanalysisiscarriedoutonthegrindingwheelspindle,getthedeformationofgrindingwheelspindleunderthestaticanddynamicload,andanalyzeandcalculatethestaticstiffnessofthegrindingwheelspindle.

2、WhenusingthefiniteelementanalysissoftwareAnsysWorkbenchto

grindingwheelspindlesystemforthedynamiccharacteristicsofthefiniteelementanalysisanalyzesthegrindingwheelspindlesystemunderfreestate,thespindlesystemofthefirstsixordersofmodelshapes,naturalfrequencyandthecriticalspeed,thestructuraldesignofvalidationofthemainelectricaxiscaneffectivelyavoidtheresonanceregion.

-ii-

3、Testingtheradialstiffnessofthewheelspindletestedbybuildingthewheelspindlestaticstiffnesstestingsystem,andverifiedthecorrectnessofthefiniteelementmodelbyComparingtheresultsoftheexperimentswiththeresultofthefiniteelementanalysis

4、Usingexperimentalmodalanalysismethodforgrindingwheelspindlemodaltest,andhavingthemodalanalysis，andgotthenatural

frequencyofthewheelspindle,avoidresonanceeffectofprocessingeffect.verifyingtheaccuracyofthefiniteelementanalysisbycomparingthemodaltestmeasurednaturalfrequencyofthewheelspindlewhittheresultofthefiniteelementanalysisofthedynamiccharacteristicsofthenaturalfrequencies.

Keywords：

WheelSpindleSystem;FiniteElementAnalysis;staticcharacteristics;dynamiccharacteristics;ExperimentalVerification

-iii-

湖南科技大学硕士学位论文

目录

摘要 i

Abstract ii

第一章 绪论 1

1.11课题的背景、来源和意义