高速干切滾刀主軸系統(tǒng)動熱態(tài)特性分析與試驗研究.pdf

1、可持續(xù)發(fā)展對于建設(shè)制造強國尤為重要，加強綠色環(huán)保先進技術(shù)、工藝與裝備的研發(fā)與推廣，是加快中國制造業(yè)綠色改造升級，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。目前，我國齒輪的主要加工方式還是濕式滾切工藝，需要大量使用切削油液，造成車間的環(huán)境污染和影響工人的職業(yè)健康。然而高速干切滾齒完全消除了切削油液的使用，并且成倍地提高了滾齒加工效率，實現(xiàn)了綠色高效生產(chǎn)，是滾齒加工工藝的發(fā)展方向。由于沒有切削油液的冷卻、潤滑作用，加上主軸轉(zhuǎn)速大且加工參數(shù)變化范圍廣的特性，

2、直接影響著高速干切滾刀主軸系統(tǒng)的動熱態(tài)特性，進而影響著機床的工作穩(wěn)定性、滾齒加工精度和刀具使用壽命等。鑒于此，本文在國家自然科學(xué)基金項目（編號：51475058）等的資助下，對高速干切滾刀主軸系統(tǒng)的動熱態(tài)特性進行了理論分析，并進行了系統(tǒng)動熱態(tài)特性的有限元仿真分析與優(yōu)化，開展了一系列實驗，驗證了分析的可靠性，可以為高速干切滾刀主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工藝改進和參數(shù)優(yōu)化提供有效支撐。
　　首先，基于振動分析理論建立了高速干切滾刀主軸系統(tǒng)的模

3、態(tài)分析模型和振動響應(yīng)分析模型；主要從熱傳導(dǎo)和對流換熱對滾刀主軸系統(tǒng)的傳熱機理進行了分析，并提出了高速干切滾刀主軸系統(tǒng)的熱結(jié)構(gòu)耦合模型；基于上述分析，為高速干切滾刀主軸系統(tǒng)的動熱態(tài)特性分析提供了理論基礎(chǔ)。
　　其次，采用數(shù)值仿真的方法計算得到滾切力并結(jié)合相應(yīng)的實驗，對滾刀主軸系統(tǒng)的力載荷特性進行了分析；基于ANSYS Workbench平臺建立了滾刀主軸系統(tǒng)的有限元模型并進行模態(tài)分析，得到了各階固有頻率和振型；采用分頻段的振動諧響應(yīng)

4、分析方法，進行了多參數(shù)混合影響的切削載荷作用下滾刀主軸系統(tǒng)振動響應(yīng)分析；從軸承剛度及阻尼、加工參數(shù)選擇方面對滾刀主軸系統(tǒng)進行了動態(tài)優(yōu)化。
　　然后，重點從高速角接觸球軸承發(fā)熱和高速干切削過程發(fā)熱對滾刀主軸系統(tǒng)的熱載荷特性進行了分析；根據(jù)傳熱機制，對滾刀主軸系統(tǒng)的傳熱和散熱進行了分析，并確定了熱邊界條件；建立了滾刀主軸系統(tǒng)的熱分析有限元模型，得到了滾刀主軸系統(tǒng)在給定加工參數(shù)條件下的熱分布及熱結(jié)構(gòu)耦合結(jié)果；從主軸轉(zhuǎn)速變化、壓縮空氣的流