机床主轴系统静动态性能分析与优化设计

机床主轴系统的静态、动态刚度是影响机床加工精度的主要原因之一，因此机床主轴系统的静、动态性能分析在机床设计中占据重要地位。将有限元分析软件应用于机床的设计过程，可以减少设计工作量，提高设计水平。 本文基于有限元方法，利用有限元分析软件ANSYS对TH42160C型数控龙门镗铣床的主轴系统进行性能分析和优化设计。首先在Pro／E中建立主轴系统单件及组件的三维CAD模型，将其导入ANSYS中进行有限元建模，包括结合面建模。然后确定约束条件和切削载荷，进行机床主轴系统的静、动态性能分析，了解主轴系统的静刚度、自振特性以及谐响应特性。最后针对机床主轴系统现有结构的薄弱环节，进行优化设计。分别以主轴和滑枕为优化对象，以提高性能和节约成本为优化目标。利用ANSYS的APDL参数化设计语言，选用ANSYS自带的优化工具完成主轴单件的优化，使主轴结构重量最轻，并具有良好的静、动态性能。采用优选设计方案，对滑枕的筋板结构进行改进，最终使其既满足性能要求，又便于铸造。 课题研究成果为机床主轴系统的静、动态设计提供了依据，缩短了设计周期，提高了设计效率。