本科毕设论文-—机床主轴设计及ansys分析.doc

数控车床主轴关键零部件的设计与应力分析机床主轴设计及ansys分析毕业论文目录第一章 绪论 11.1 选题背景 11.2 本课题的目的和意义 11.3 国内外研究状况 11.3.1 数控机床的发展 11.3.2 工程图及CAD的发展 21.3.3 国内外机床动静态特性研究现状 31.4 课题的研究方法 41.5 研究内容 51.5.1 数控车床主轴结构设计 51.5.2 车床主轴组件的三维建模 51.5.3 主轴的ANSYS分析 51.6 设计前提 61.6.1 设计要求 61.6.2 设计参数 6第二章 对主轴组件的要求 72.1 基本要求 72.2 特殊要求 72.2.1 旋转精度 72.2.2 静刚度 72.2.3 抗振性 82.2.4 升温和热变形 82.2.5 耐磨性 82.2.6 材料和热处理 82.2.7 主轴的结构 9第三章 主轴轴承的选择 103.1 轴承的选型 103.2 轴承精度 123.3 轴承间隙调整和欲紧 123.4 本设计的轴承型号以及布局 12第四章 传动系统的设计 144.1 电动机的选择 144.1.1 电动机容量的选择 144.1.2 电动机转速的选择 144.2 传动系统的设计 154.2.1 选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数 154.2.2 按照齿面接触强度设计 154.2.3 按照齿根弯曲强度设计 174.2.4 几何尺寸计算 184.2.5 验算 19第五章 主轴主要参数的计算及校核 205.1 主轴的结构设计 205.2 主轴的主要参数的计算 205.2.1 前轴颈直径D1 205.2.2 主轴内径d 215.2.3 主轴悬伸量a确定 215.2.4 主轴支承跨距的确定 225.3 主轴材料及热处理 245.4 主轴设计方案 255.5 轴的刚度计算 265.5.1 轴的弯曲变形计算 265.5.2 轴的扭转变形计算 27第六章 主轴箱体 29第七章 Solid Works三维实体设计装配 30第八章 主轴部件的ANSYS应力分析 348.1 主轴静力分析概述 348.2 主轴ANSYS分析的一般过程 348.3 主轴的受力分析 358.4 主轴ANSYS分析的具体过程 378.2.1 ANSYS分析的前处理 378.2.2 ANSYS分析的后处理 40第九章 展望与结论 45致谢语 46参考文献 47附录1 三维装配图 48附录2 X-Y截面剖切图 491数控车床主轴关键零部件的设计与应力分析数控车床主轴关键零部件的设计与应力分析[摘要] 本文首先介绍了数控机床和工程图及CAD的发展，分析了国内外机床动静态特性研究现状，之后以数控车床的主轴及其零部件的设计为主要内容，先讲述了数控机床的主轴部件的设计要求，合理选择轴承型号，设计出主轴的前轴颈直径D1，主轴内径d,前端的悬伸量a和主轴支承跨距L等，从而设计出主轴，之后选择具体的轴承，设计出轴承端盖和主轴箱体，提出了主轴的材料、热处理和技术要求等。

将所设计的数控车床的主轴及其零部件在SolidWorks中对设计的主轴及其零部件进行三维建模，画出零件图以及装配图最后将所画的车床主轴导入ANSYS进行网格化分，计算出主轴所受到的力，之后施加约束和载荷，最后得出对主轴进行静应力分析结果，得到主轴的应力分布，进而分析主轴的受力状况，验证设计的合理性同时对实践进行指导关键词】 数控车床 主轴 Solid Works建模 ANSYS应力分析Design and Stress Analysis of CNC Lathe Spindle Tool Key Components【ABSTRACT】 This paper introduces the finite element analysis of CNC machine tools and the development of CAD research status, and then to the spindle CNC lathe and parts of the design as the main content, the first CNC machine tool spindle about the design of components request, a reasonable choice bearing type, designed the first journal diameter spindle D1, spindle diameter d, the amount of front overhang and the spindle bearing a span of L, so as to design the spindle, then select the specific bearing design bearing side box cover and the spindle, a spindle made of materials, heat treatment and technical requirements. The design of the spindle CNC lathe and its parts in Solid Works design in the axis of three-dimensional modeling of parts and components, parts diagrams and assembly drawings draw. Finally, the painting spindle for meshing into ANSYS to calculate the force received by the spindle, and then applied constraints and loads, came to the conclusion of the spindle static stress analysis, stress distribution by the spindle, and then analyzes the spindle force status, verify the rationality of the design while practice guidance. 【Keyword】CNC Lathe Spindle Solidworks modeling Stress analysis by Ansys4数控车床主轴关键零部件的设计与应力分析第一章 绪论1.1 选题背景 随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求，传统机床已不能满足要求。

数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，在国内外都受到高度重视 现代数控机床是信息集成和系统自动化的基础设备，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生产效率高、自动化程度高、对加工对象的适应强等优点实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向可以说，机械制造竞争的实质就是数控技术的竞争1.2 本课题的目的和意义 设计中通过运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的通过设计分析比较机床的某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计计算和编写技术文件，达到学习设计步骤和方法的目的通过设计查阅有关设计手册、设计标准和资料，达到积累设计知识和提高设计能力的目的通过设计获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造一定的条件本设计采用solidworks三维建模软件对数控车床主轴关键零部件进行三维建模，使设计立体化，直观化另外本设计采用有限元分析软件ANSYS对主轴的应力，位移等进行分析，不但大大地减少了设计计算验算的时间，而且使分析数据更加完善更加准确。

对比传统的机械设计，本设计综合选用新一代设计软件，利用计算机的强大的运算功能，缩短产品设计的开发周期，提高设计数字的准确性1.3 国内外研究状况1.3.1 数控机床的发展数控机床(numerical control machine tool)是采用了数字控制技术(numerical control简称NC)的机械设备，就是通过数字化的信息对机床的运动及其加工过程进行控制，实现要求的机械动作，自动完成加工任务[1]数控机床是典型的技术密集且自动化程度很高的机电一体化加工设备第一台数控机床是由美国Parsons公司与美国麻省大理工学院(MIT)于1952年合作研制成功的，当时是为了加工直升飞机螺旋桨叶片轮廓的检查样板1959年，美国克耐杜列克公(Keaney & Trecker)首次成功开发了加工中心(machining center,简称MC)，这是一种有自动换刀装置和回转工作台的数控机床，可以在一次装夹中对工件的多个平面进行多工序的加工(包括钻孔、锪孔、攻丝、镗削、平面铣削、轮廓铣削等)20世纪90年代以来，欧、美、日各国争相开发高速数控机床，加快机床高速化的步伐高速主轴单元(电主轴的转速达15000r／min一1000000 r／min)，高速且高加/减速度的进给运动部件(快移速度60m／min-120m／min，切削进给速度高达60m／min)高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平[1]。

随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具、大功率高速电主轴、高加／减速度的进给运动部件以及高性能控制系统和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，新一代高速数控机床将应用于机械制造业从精密加工发展到超精密加工，是世界各工业强国致力发展的方向超精密加工主要包括超精密切削、超精密磨、研磨、抛光以及超精密特种加工随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求，发展超精密加工机床，是现代科技发展的要求数控车床主轴是数控车床的关键零件之一，它直接影响数控车床的加工性能，主轴的动态特性的好坏直接影响主轴高速化的实现因此，研究数控车床主轴的动静态特性对实现高速、高精度车削具有积极的意义1.3.2 工程图及CAD的发展工程图是工程师的语言，绘图是工程设计的一个重要环节，对于机械工程师而言，绘图是把所设计的产品转化为真实有价值的产品的一个必经环节然而，图纸的绘制是一个极其繁琐的工作，不但要求正确，准确，而且随着环境，需求等外部条件的变化，设计方案也会随之变化一项工程图的绘制往往是需要数次的修改后才能完成的在早期，工程师采用手工绘图他们用草图表达设计思想，手法不一后来逐渐形成了一套规范，工程制图标准也随之诞生。

但是由于项目的多样性，多变性，使手工绘图周期长，效率低，从而阻碍了建设的发展工程师们梦想着何时能甩开图板，实现自动画图，将自己的设计思想用一种简洁美观的标准方式表达出来，便于修改，易于重复。