高速精密機(jī)床主軸靜剛度的理論及實(shí)驗(yàn)研究（本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)）
摘 要
　　
高速化、高精度已成為當(dāng)今機(jī)床發(fā)展的方向，而主軸部件是結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的部件，其靜態(tài)特性的好壞對機(jī)床的性能有著重要的影響。因此，對主軸部件進(jìn)行靜態(tài)特性分析十分必要。
本文是針對重慶第二機(jī)床廠生產(chǎn)的CK6310型數(shù)控機(jī)床主軸部件進(jìn)行靜態(tài)分析，分別用實(shí)驗(yàn)和理論的方法測試其靜剛度，并進(jìn)行對比，在此基礎(chǔ)上改進(jìn)模型，使理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。最后，對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)提出優(yōu)化方案。
本文的具體研究內(nèi)容如下：
總結(jié)了機(jī)床主軸部件靜態(tài)研究的發(fā)展?fàn)顩r，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展趨勢，采用有限元分析方法進(jìn)行研究。
采用力傳感器和應(yīng)變儀對主軸進(jìn)行靜剛度測試，得到主軸的靜剛度值。
采用CATIA建立主軸和主軸箱的有限元模型，并將它們導(dǎo)入Hypermesh中，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用多點(diǎn)約束法模擬軸承支撐和螺栓，建立主軸部件整體有限元模型；用Nastran對主軸部件進(jìn)行靜力分析，對比靜剛度測試結(jié)果，并進(jìn)行模型的改進(jìn)。
結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)與理論數(shù)據(jù)，提出結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：主軸部件，靜剛度分析，有限元法，多點(diǎn)約束法


ABSTRACT

High-speed and high-accuracy are the trends in development of machine tool. The spindle-part is the complication part of the tool machine. Its static characteristic is an important influence for the function of the tool machine. So it is necessary to analyses the static characteristic of spindle-part.
　　This paper analyses CK6310 NC machine tool spindle parts produced in Chongqing NO.2 Machine Tool Works static characteristic. With experimental and theoretical approach test respectively to measure their stiffness and improved model on the basis of compared them, so that experimental results match with theoretical. Finally, optimize the existing structure.
In the paper, the current situation of the rotation speed of tool machine and the development trends of the static research of the spindle-part are summarized. Basis on this, the finite element model are taken to use by tied the current developing trend.
The spindle static stiffness is tested by using the force sensor and strain gauge.
Build the finite element models of the spindle and the headstock by using CATIA. After that, put them into Hypermesh and mesh them. Finally, analyses their properties by force under the conditions of certain force and binding.
The flexibility support of bear of the NC spindle-part is simulated by using the Multi-Point Constraint method to build the finite element model. Based on this model, conduct the static analysis of spindle-part. Then compare to the result of experiment and improve the model.
Combining the experimental and theoretical data, put forward a programme to optimize the structure.

Keywords：Spindle-part, Finite Element Method, Multi-Point Constraint method, Static Rigidity Analysis

目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒 論 1
1.1 課題背景和來源 1
1.2 國內(nèi)外研究狀況 1
1.2.1數(shù)控機(jī)床主軸研究現(xiàn)狀 1
1.2.2 數(shù)控機(jī)床主軸剛度研究現(xiàn)狀 2
1.3 本論文的主要研究內(nèi)容 3
2 理論基礎(chǔ) 4
2.1 有限元方法 4
2.1.1 有限元法的基本概念 4
2.1.2 有限元法的基本原理 5
2.1.3 有限元方程的解法 8
2.2 最小二乘法 8
2.2.1 曲線擬合與最小二乘法基本原理 8
2.2.2 用導(dǎo)數(shù)方法理解最小二乘法基本原理 9
2.3 本章小結(jié) 10
3 靜剛度實(shí)驗(yàn)分析研究 11
3.1 引言 11
3.2 試驗(yàn)內(nèi)容 11
3.3 測試原理 11
3.4 力傳感器標(biāo)定 11
3.5主軸靜剛度測試 12
3.6靜剛度計(jì)算 14
3.7 本章小結(jié) 15
4 建立主軸和主軸箱的有限元模型 16
4.1用CATIA對主軸和主軸箱建模 16
4.1.1 建立主軸的三維模型 16
4.1.2 建立主軸箱體的三維模型 16
4.2 用Hypermesh 對主軸和主軸箱劃分網(wǎng)格 17
4.2.1 主軸和主軸箱的線框模型 18
4.2.2 網(wǎng)格劃分 19
4.3本章小結(jié) 20
5 主軸部件有限元模型的靜力分析 21
5.1 主軸部件有限元模型 21
5.2 螺栓的簡化模擬 23
5.3 MSC.NASTRAN的靜力分析 23
5.4 本章小結(jié) 25
6 主軸箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 26
6.1 結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 26
7 全文總結(jié) 28
致 謝 29
參 考 文 獻(xiàn) 30