短电弧数控铣床主轴结构优化设计及动态特性分析

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1、专业硕士研究生学位论文新疆大学论文题目(中文)：短电弧数控铣床主轴结构优化设计及动态特性分析论文题目(外文)：TheOptimizationDesignandDynamicCharacteristicsAnalysisofShortArcCNCMillingSpindleStructure研究生姓名：周玉杰学位类别：专业学位专业名称：机械工程导师姓名职称：周建平教授论文答辩日期2015年5月28日学位授予日期2015年月日新疆大学硕士研究生学位论文摘要短电弧加工技术作为一种以强电放电为主要特征的新型特种加工技术被广泛应用于各种超强、超硬等超难加工导电材料加工过

2、程中。它凭借着高效的加工效率、低能耗、污染小等优点倍受企业青睐。起初，短电弧加工技术的应用仅局限于车削方式。而短电弧铣削机床的研发却大大丰富了其所在应用领域的工艺范围，但是其加工中存在的精度问题一直困扰着研发人员。本文通过对短电弧加工技术机理的研究及不同影响因素下短电弧加工工件表面质量的分析，得出了各因素对成型工件表面质量的影响规律。其中放电间隙的稳定性对其影响程度颇大，对此我们需要改进短电弧数控铣床主轴机构，分析其动态特性并提出优化设计的方案。下面是本论文主要的工作内容：本文通过对现有的短电弧数控铣床进行分析，发现其主轴径向摆动过大，导致放电间隙不稳定。因此

3、，对主轴机构进行改进，采用双支点结构对主轴进行支撑，并对其支撑跨度进行理论计算；选用中空内供液的结构能够避免心部过热，并减少电极底部的二次放电对工件表面质量的影响；通过UG软件进行数字化建模以便后期对其进优化分析。通过对改进后的主轴系统进行静态分析，其中包括模型简化，网格划分等，最终得到主轴的静态刚度。对影响刚度的主要原因进行分析，获得刚度最大的参数。在得到主轴静态刚度后，对主轴及其部件进行模态分析，得到各阶固有频率；通过对各阶固有频率进行分析对比，进行整体模态特性匹配，确认改进方案的合理性。最后考虑实际加工过程中的情况对主轴进行预应力模态分析，发现此时的固有

4、频率与机床固有频率相差甚远，符合设计要求。最后为提高材料在达到性能最优时的利用率，对主轴结构进行了优化设计，旨在减少主轴质量，提高主轴静态刚性、固有频率。本文以主轴跨度和前悬伸量为变量进而求得最优解。优化后的主轴在质量和性能上得到了极大的改善。关键词：短电弧加工技术；静态分析；模态分析；结构优化设计；主轴跨度I新疆大学硕士研究生学位论文AbstractAsanewspecialprocessingtechnologymainlyfeaturingstrongelectricaldischarging,shortelectricarcprocessingtech

5、nologyisgraduallybeingwidelyusedinvarioussuperintensiveness,superhardnessandotherhard-machiningconductivematerial.Withhighprocessingefficiency,lowenergyconsumptionandlesspollution,etc.itispopularforenterprises.Initially,theapplicationofshortelectricarcmachiningtechnologyislimitedtot

6、urningmode.Thedevelopmentofshortelectricarcmillingmachineshasgreatlyenricheditsrangeoftechnologyinapplications,butitsprocessingqualityproblemshasplaguedresearchers.Byanalyzingthemechanismsandworkpiecesurfacequalityobtainedbyshortarcprocessingunderdifferentfactors,thepaperreachesthei

7、nfluenceruleofmoldingsurfaceundervariousfactorsinwhichthedischargegapstabilityexertaconsiderableinfluence,soweneedtoimprovetheshort-arcCNCmillingspindleorganizationandanalyzethedynamiccharacteristicsandmakeoptimaldesignsolution.Thefollowingisthemaincontentoftheworkinthisthesis:Based

8、onthecurrentshort-a