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机床主轴箱是机床的关键部件,是对机床的加工精度影响较大的部件之一。主轴箱的动静态性能直接决定机床的性能,所以对主轴箱进行动静刚度分析、抗振特性及优化研究,进而对主轴箱进行结构改进及振动控制,提高主轴箱的动静态性能,是提高机床整体性能的关键步骤。
在国内外,针对以提高数控机床的加工精度为特定目标的振动控制和优化设计,仍包含了许多需要解决的理论和技术问题。
本课题是对DVG850高速立式加工中心主轴箱进行有限元分析、抗振特性及优化问题的研究。通过本课题的实施,设计出主轴箱合理的结构形式、布筋模式和用于豆包阻尼减振研究的试验台,不但可以在一定程度上提高DVG850高速立式加工中心主轴箱的动静态性能,而且为此后同类设计提供理论依据和技术支撑。
根据经验和使用比拟的方法,设计了高速立式加工中心四种不同布筋形式的主轴箱模型。使用有限元分析软件对四种方案进行静力学分析,根据静态性能选出较优的方案。对主轴箱进行模态分析,提取主轴箱的低阶固有频率和相应的振型,从振型图中观察主轴箱的振动情况,找出主轴箱的刚度薄弱处。
运用优化理论,对主轴箱进行拓扑优化设计,根据拓扑优化结果的伪密度云图,对主轴箱进行材料布局的改进,提高主轴箱的静态、动态性能。对主轴箱进行灵敏度分析,找出对主轴箱性能影响较大的设计尺寸作为优化尺寸,对主轴箱进行形状优化设计,协调主轴箱的各优化尺寸,使之在满足主轴箱性能要求的前提下得到最佳的组合。
对主轴箱进行动刚度分析,提取主轴箱的谐响应数据,绘制频率-振幅和动刚度谱曲线,查看主轴箱的谐振情况,评价其工作时的性能。运用振动理论,使用豆包阻尼减振技术对主轴箱进行振动控制,实现主轴箱振动幅值的降低、动刚度的提高。由于现行软件无法模拟豆包阻尼减振,所以把豆包阻尼减振器简化为在软件中能够模拟的结构,进行主轴箱阻尼减振的数值模拟,为用于主轴箱振动控制的豆包阻尼减振器的设计研究提供技术支撑。
设计豆包阻尼减振试验台,为以后豆包阻尼减振的研究提供专门的试验装置。