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高速电主轴设计制造中若干问题的探讨 被引量:36
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作者 张伯霖 夏红梅 黄晓明 《制造技术与机床》 CSCD 北大核心 2001年第7期12-14,共3页
探讨了电主轴的优良特性 ,介绍了基本参数和结构类型的选择 ,分析了电主轴的两大内部热源 :内置电动机和主轴轴承。提出了降低电主轴温升的两大措施 :电动机外循环油冷和陶瓷球轴承及其油 -气润滑 ,讨论了高速电主轴动平衡设计的原理与... 探讨了电主轴的优良特性 ,介绍了基本参数和结构类型的选择 ,分析了电主轴的两大内部热源 :内置电动机和主轴轴承。提出了降低电主轴温升的两大措施 :电动机外循环油冷和陶瓷球轴承及其油 -气润滑 ,讨论了高速电主轴动平衡设计的原理与方法。 展开更多
关键词 高速加工 数控机床 主传动系统 电主轴 设计 制造
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机床主轴热设计研究综述 被引量:32
2
作者 邓小雷 林欢 +2 位作者 王建臣 谢长雄 傅建中 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1415-1429,共15页
机床的热态性能已成为影响高速机床工作性能的最重要的因素之一。主轴是机床的关键功能部件,其热态特性在很大程度上决定了机床的切削速度和加工精度,是影响机床精度提升的最重要因素。因此,在主轴的设计阶段减少机床热误差的影响,对于... 机床的热态性能已成为影响高速机床工作性能的最重要的因素之一。主轴是机床的关键功能部件,其热态特性在很大程度上决定了机床的切削速度和加工精度,是影响机床精度提升的最重要因素。因此,在主轴的设计阶段减少机床热误差的影响,对于提高机床的热态特性十分重要。在过去的近一个世纪时间中,国内外众多学者针对主轴热设计方法开展了研究探索,基于热设计的过程可以分成三部分内容:热态特性分析方法,热设计与优化方法和热态特性试验方法。先通过主轴热态特性(如温度场分布、热变形、热平衡时间等)建模与分析获取必要的参数,然后以此为基础开展主轴结构设计优化、材料设计优化和冷却系统设计等热设计措施,获得较佳的主轴热态特性,最后通过热态特性试验来校验分析和设计优化的结果,整个过程循环直至达到满意结果为止。本文以此为脉络展开,分别探讨了三部分内容的国内外典型研究现状、主要研究内容和所存在的优缺点,并对未来的研究趋势进行了展望。 展开更多
关键词 机床 主轴 热设计 热误差 热态特性
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自适应简化粒子群优化算法及其应用 被引量:24
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作者 张鑫 邹德旋 +1 位作者 肖鹏 喻秋 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2019年第8期250-263,共14页
针对粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)寻优速度慢、收敛精度不高且搜索结果波动性较大的缺点,提出了一种自适应简化粒子群优化算法(Self-Adjusted Simplified Particle Swarm Optimization,SASPSO)。在每次迭代过程中,... 针对粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)寻优速度慢、收敛精度不高且搜索结果波动性较大的缺点,提出了一种自适应简化粒子群优化算法(Self-Adjusted Simplified Particle Swarm Optimization,SASPSO)。在每次迭代过程中,粒子只受全局最优解影响,且加入按一定规律分布的锁定因子,令粒子受影响的程度有规律性。同时,利用锁定因子和当前粒子位置令惯性权重自适应配置,更有效地利用惯性权重对粒子群优化算法的影响。引入4种近期提出的改进粒子群算法同时搜索不同维度时的18个基准函数,与SASPSO的搜索结果对比,并使用T-test进行差异性分析。为了进一步分析算法性能,统计5个改进算法搜索100维函数达到期望值时的成功率与平均迭代次数。实验结果证明,SASPSO在无约束问题寻优中的收敛速度、寻优精度有了明显提升,且搜索结果异常值较少,波动性弱。将SASPSO应用于机床主轴结构参数优化问题,结果显示SASPSO优化性能更好。 展开更多
关键词 粒子群优化算法 自适应简化粒子群算法 群体智能 基准函数 无约束问题 优化设计 机床主轴
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高速加工对机床传动与结构的影响 被引量:18
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作者 张伯霖 李锻能 +1 位作者 马平 肖章林 《制造技术与机床》 CSCD 北大核心 1998年第11期5-8,共4页
分析了高速加工对机床的新要求,阐明“零传动”是高速机床理想的传动方式。着重研究了高速电主轴和直线电机高速进给单元的结构特点和设计原理,提出了改善高速数控机床热态与动态特性的方法与措施。最后对加快我国高速数控机床生产与... 分析了高速加工对机床的新要求,阐明“零传动”是高速机床理想的传动方式。着重研究了高速电主轴和直线电机高速进给单元的结构特点和设计原理,提出了改善高速数控机床热态与动态特性的方法与措施。最后对加快我国高速数控机床生产与技术的发展提出了若干建议。 展开更多
关键词 高速加工 数控机床 电主轴 直线电机
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基于机理分析和热特性基本单元试验的机床主轴热误差建模 被引量:22
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作者 项四通 杨建国 张毅 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期144-152,共9页
为更精密地对机床主轴热误差进行预测,对主轴温度场和热变形进行机理分析,提出用热特性基本单元试验对初步理论模型进行修正从而得到最终模型的建模方法。根据主轴的尺寸和轴承参数对主轴温度场和热变形进行机理分析并确定初步理论模型... 为更精密地对机床主轴热误差进行预测,对主轴温度场和热变形进行机理分析,提出用热特性基本单元试验对初步理论模型进行修正从而得到最终模型的建模方法。根据主轴的尺寸和轴承参数对主轴温度场和热变形进行机理分析并确定初步理论模型,在不同起始温度下进行两组热特性基本单元试验,试验中采用温度传感器对主轴前后轴承及前端面的温度进行测量,采用位移传感器对主轴轴向热变形进行测量,得到主轴在升温和降温过程中温度场和热变形的特性数据,基于该数据对初步理论模型进行修正。在一台数控车床主轴上进行模型的试验验证,结果表明:该建模方法能同时对主轴升温和降温过程进行温度场和热变形的建模与预测,且具有高精度的优点,可用于各种数控机床主轴热变形的预测。 展开更多
关键词 数控机床 主轴 温度场 热变形 机理分析 热特性基本单元试验
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数控机床主轴静动态特性分析与优化设计 被引量:16
6
作者 贾超凡 朱昱 +2 位作者 倪红军 王成 沈伟平 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2019年第8期12-15,共4页
针对采用传统方法设计的主轴存在刚度不足、动态响应差的问题,以专用数控机床主轴为研究对象,基于CREO对其进行三维建模,同时进行静态分析与模态分析,得到主轴的变形量、应力、固有频率、临界转速和振型等静动态特性。以主轴质量最轻为... 针对采用传统方法设计的主轴存在刚度不足、动态响应差的问题,以专用数控机床主轴为研究对象,基于CREO对其进行三维建模,同时进行静态分析与模态分析,得到主轴的变形量、应力、固有频率、临界转速和振型等静动态特性。以主轴质量最轻为优化目标,对主轴的孔径、外径、支承跨距及前端悬伸量进行优化设计,并对优化前后主轴的性能进行比较。结果表明:主轴结构优化后,其质量得到减轻,质量惯性矩得到降低,主轴动态响应特性有显著提高。 展开更多
关键词 机床主轴 CREO 动态特性 优化设计
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数控车床主轴部件有限元分析及其验证 被引量:12
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作者 张耀满 王伟 刘永贤 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期720-723,共4页
研究了主轴部件有限元动力学分析模型的建立方法,分析得到弹簧阻尼单元沿圆周方向布置角度的变化,对有限元分析结果影响很小,因此采用沿圆周方向均匀布置的弹簧阻尼单元模拟建立主轴支承模型的方法,确定了建立较为合理的分析模型.以沈... 研究了主轴部件有限元动力学分析模型的建立方法,分析得到弹簧阻尼单元沿圆周方向布置角度的变化,对有限元分析结果影响很小,因此采用沿圆周方向均匀布置的弹簧阻尼单元模拟建立主轴支承模型的方法,确定了建立较为合理的分析模型.以沈阳第一机床厂生产的CKS6125数控车床为研究对象,对主轴部件进行动力学仿真分析.通过机床主轴部件动态性能试验,验证了有限元分析模型可行性和分析结果可信性. 展开更多
关键词 数控机床 主轴部件 有限元分析 动态性能
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基于ANSYS的机床主轴结构优化设计 被引量:15
8
作者 杜官将 李东波 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2011年第12期22-24,共3页
运用APDL建立机床主轴的参数化有限元模型,应用ANSYS优化设计功能,以主轴的重量为优化目标,对主轴的支承跨距、外径、悬伸长度和传动件安装位置进行了优化计算,并对优化结果进行了分析。结果表明:主轴结构优化后,在保证机床各种性能的... 运用APDL建立机床主轴的参数化有限元模型,应用ANSYS优化设计功能,以主轴的重量为优化目标,对主轴的支承跨距、外径、悬伸长度和传动件安装位置进行了优化计算,并对优化结果进行了分析。结果表明:主轴结构优化后,在保证机床各种性能的前提下,主轴重量得到有效的减小。 展开更多
关键词 机床主轴 优化设计 ANSYS APDL
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数控机床主轴优化设计专家系统研究 被引量:15
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作者 刘世豪 张云顺 王宏睿 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期372-381,共10页
为了提高数控机床的加工精度并促进制造业升级发展,对数控机床主轴优化设计专家系统进行了研究。基于当前丰富的数控机床主轴设计经验、机械动力学、优化方法和模糊逻辑理论,构造了主轴传动方式模糊优选法。以提高数控机床主轴的动静态... 为了提高数控机床的加工精度并促进制造业升级发展,对数控机床主轴优化设计专家系统进行了研究。基于当前丰富的数控机床主轴设计经验、机械动力学、优化方法和模糊逻辑理论,构造了主轴传动方式模糊优选法。以提高数控机床主轴的动静态性能为优化目标,通过灵敏度分析法选择设计变量,建立主轴结构多目标优化设计的数学模型,并提出一种渐进优化算法用于模型求解,得到一种新的主轴结构优化设计方法。将主轴传动方式模糊优选法和主轴结构优化设计方法进行集成,从而形成一套数控机床主轴优化设计专家系统。以一种精密数控机床主轴的多目标优化设计作为应用案例,将优化设计结果与实际情况和实验结果进行对比分析,验证了所构造的数控机床主轴优化设计专家系统的可行性。 展开更多
关键词 数控机床 主轴 模糊逻辑 专家系统 优化设计
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机床主轴的SolidWorks建模与有限元分析 被引量:14
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作者 刘丹萍 蒋占四 +1 位作者 冯建国 胡志鹏 《机床与液压》 北大核心 2013年第21期123-125,共3页
机床主轴是机床的核心部件之一,使用SolidWorks建立数控机床主轴的三维实体模型,利用SolidWorks与ANSYS之间的数据交换,将其导入ANSYS中,弥补了ANSYS在进行复杂结构建模时的局限性。建立了有限元分析模型,对机床主轴进行静力分析,研究... 机床主轴是机床的核心部件之一,使用SolidWorks建立数控机床主轴的三维实体模型,利用SolidWorks与ANSYS之间的数据交换,将其导入ANSYS中,弥补了ANSYS在进行复杂结构建模时的局限性。建立了有限元分析模型,对机床主轴进行静力分析,研究机床在切削力载荷工况作用下的最大应力及变形;对机床主轴进行模态分析,分析主轴振型对加工精度的影响。研究结果为进一步提高主轴精度以及转速等提供了依据。 展开更多
关键词 机床主轴 静力分析 模态分析
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数控机床主轴-立柱系统热态特性分析与测试 被引量:13
11
作者 邓小雷 戴温克 +2 位作者 周翎飞 周宜博 傅建中 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期601-609,共9页
针对数控机床主轴-立柱系统因受热变形而影响机床加工精度的问题,本文基于能量守恒定律建立了主轴-立柱系统耦合分析模型来获取其热态特性。该模型综合考虑了热源计算、传热系数计算、结构约束以及散热面放置情况等因素,并采用风速法来... 针对数控机床主轴-立柱系统因受热变形而影响机床加工精度的问题,本文基于能量守恒定律建立了主轴-立柱系统耦合分析模型来获取其热态特性。该模型综合考虑了热源计算、传热系数计算、结构约束以及散热面放置情况等因素,并采用风速法来获取主轴与空气间的传热系数。为了验证主轴-立柱系统耦合分析模型的有效性,本文设计并搭建了数控机床热态特性试验平台,以具体数控机床为研究对象获得了其主轴-立柱系统的温度场分布、热变形以及热平衡时间等热态特性。试验结果表明:各测点数据中温度的最长绝对误差和最大相对误差分别为0.71℃,2.94%,出现在主轴体的测点处,热变形的绝对误差和相对误差分别为1.49μm,8.71%,采用风速法建立的主轴-立柱系统耦合分析模型所获得的热态特性与试验获得的结果基本一致。本文的研究成果为数控机床减少热误差,提高精度保持性提供了参考。 展开更多
关键词 数控机床 主轴-立柱系统 风速法 耦合分析 热态特性 精度保持性
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基于遗传算法的数控机床主轴优化设计方法 被引量:12
12
作者 郭辰光 王鹏家 +1 位作者 田鹏 刘永贤 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期850-853,共4页
通过分析主轴的结构和加工过程中的受载变形情况,建立了主轴优化设计的数学模型.针对传统优化设计方法在解决主轴优化设计中出现的问题,引入遗传算法,应用实数编码规则和改进的遗传算子对数控机床主轴进行优化设计.在VC++平台上,利用C+... 通过分析主轴的结构和加工过程中的受载变形情况,建立了主轴优化设计的数学模型.针对传统优化设计方法在解决主轴优化设计中出现的问题,引入遗传算法,应用实数编码规则和改进的遗传算子对数控机床主轴进行优化设计.在VC++平台上,利用C++语言构建基于遗传算法的数控机床主轴优化设计系统.通过实例设计及结果分析,验证了应用基于遗传算法的数控机床主轴优化设计方法所得的主轴结构参数比常规设计更可靠,充分显示了遗传算法在机床主轴部件优化设计中的效益和应用价值. 展开更多
关键词 数控机床 数学模型 遗传算法 主轴 优化设计
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高速机床主轴轴承预紧力理论分析 被引量:10
13
作者 蔡军 蒋书运 《精密制造与自动化》 2008年第3期29-32,58,共5页
预紧力的大小直接影响机床主轴动态特性,传统的定压预紧已不能满足现代高速化机床主轴的性能需要,预紧力可控成为主轴技术的重要发展方向。采用有限元法,完成了高速主轴系统温度场分析,给出了预紧力和轴承温升的对应关系,以推荐的轴承... 预紧力的大小直接影响机床主轴动态特性,传统的定压预紧已不能满足现代高速化机床主轴的性能需要,预紧力可控成为主轴技术的重要发展方向。采用有限元法,完成了高速主轴系统温度场分析,给出了预紧力和轴承温升的对应关系,以推荐的轴承温升为控制目标,确定高速段轴承预紧力;以轴承的疲劳寿命为设计目标,获得低速段轴承预紧力。以某高速机床主轴为例,分析并计算了预紧力随转速变化的关系曲线,研究结果表明:高速机床主轴轴承预紧力理论分析方法可行,为机床主轴的预紧力控制提供了依据。 展开更多
关键词 机床主轴 轴承预紧力 主轴热特性 轴承寿命
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影响机床主轴系统加工精度的分析 被引量:10
14
作者 刘桂芝 《机械制造与自动化》 2006年第2期57-60,共4页
分析了全功能数控车床主轴系统对加工精度的影响因素,并提出了相应的解决方法。
关键词 机床 主轴系统 加工精度
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机床主轴轴向热误差一阶自回归建模方法 被引量:11
15
作者 杜宏洋 陶涛 +3 位作者 侯瑞生 颜宗卓 姜歌东 梅雪松 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期60-67,共8页
针对机床主轴热误差经验建模法缺乏物理意义,建模精度和鲁棒性受热变形伪滞后效应影响较大的问题,从理论角度推导出一种具有明确物理意义且不受伪滞后效应影响的主轴热误差建模方法。将主轴简化为一维杆件,考虑主轴圆柱面与空气的对流散... 针对机床主轴热误差经验建模法缺乏物理意义,建模精度和鲁棒性受热变形伪滞后效应影响较大的问题,从理论角度推导出一种具有明确物理意义且不受伪滞后效应影响的主轴热误差建模方法。将主轴简化为一维杆件,考虑主轴圆柱面与空气的对流散热,利用传热学得到一维杆在单端热源条件下温度场和热变形的解析表达式;对热变形表达式进行形式变换,推导得到一维杆在单端固定热源条件下热变形的一阶自回归表述形式;推导验证在变化热源条件下,一维杆热变形一阶自回归模型的有效性,并指出自回归模型系数与主轴物理特性、自回归时间间隔、热源条件的关系;进行有限元仿真,并在海德曼T65车床上进行实验验证。仿真结果表明,一阶自回归模型可有效估计一维杆在变化热源条件下的热变形,不受伪滞后效应影响。在T65车床上的实验结果表明,与多元线性回归模型相比,一阶自回归模型的鲁棒性更高且具有明确的物理意义。 展开更多
关键词 机床主轴 热误差 伪滞后效应 传热学 一阶自回归模型
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基于主轴转速的机床热误差状态方程模型 被引量:4
16
作者 张奕群 李书和 +1 位作者 刘安伟 张国雄 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第5期460-463,共4页
本文提出了一种基于主轴转速的机床热误差状态方程模型。该模型利用机床主轴转速而不是用机床温度场预报机床的热变形,因此极大简化了其应用。采用了连续系统状态空间模型辨识方法对状态空间模型进行辨识。实验结果表明状态空间模型可... 本文提出了一种基于主轴转速的机床热误差状态方程模型。该模型利用机床主轴转速而不是用机床温度场预报机床的热变形,因此极大简化了其应用。采用了连续系统状态空间模型辨识方法对状态空间模型进行辨识。实验结果表明状态空间模型可以满足要求,且优于直接利用最小二乘法对线性差分方程辨识所得的结果。 展开更多
关键词 机床 热误差 系统辨识 状态方程 转速 主轴
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机床主轴轴承最新技术 被引量:11
17
作者 杨晓蔚 《轴承》 北大核心 2010年第1期61-63,共3页
介绍了机床主轴轴承在高转速、高精度、高刚度、长寿命及环保性等方面的技术特点和发展趋势,并针对其最新技术进行了归纳。
关键词 机床轴承 主轴轴承 最新技术
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超高速主轴陶瓷球轴承性能的研究 被引量:6
18
作者 肖曙红 张伯霖 《制造技术与机床》 CSCD 1996年第12期27-29,共3页
陶瓷球轴承采用质轻的Si3N4陶瓷材料作滚珠,减小了高速下作用在滚珠上的离心力和陀螺力矩,不仅具有较低的温升,而且还有较高的刚度,特别适用于超高速机床主轴。
关键词 陶瓷球轴承 机床 主轴 超高速 切削 轴承
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基于模拟退火耦合粒子群算法优化BP神经网络的机床主轴热误差补偿研究 被引量:10
19
作者 吴金文 王玉鹏 周海波 《机床与液压》 北大核心 2019年第11期92-95,共4页
为了降低机床主轴运行产生的热误差,建立混合算法优化BP神经网络预测模型,通过实验验证预测精度。分析模拟退火算法和粒子群算法的不足,采用模拟退火算法耦合粒子群算法,给出混合算法寻优步骤。引用BP神经网络结构,构造机床主轴热误差... 为了降低机床主轴运行产生的热误差,建立混合算法优化BP神经网络预测模型,通过实验验证预测精度。分析模拟退火算法和粒子群算法的不足,采用模拟退火算法耦合粒子群算法,给出混合算法寻优步骤。引用BP神经网络结构,构造机床主轴热误差预测模型,采用混合算法优化BP神经网络预测模型。采用实验验证主轴热误差预测精度,并与优化前进行比较和分析。结果显示:采用混合算法优化后的BP神经网络预测模型,其Y轴方向产生的最大误差值从7.3μm降低到2.3μm;而Z轴方向产生的最大误差值从7.5μm降低到2.6μm。同时,机床主轴整体误差波动幅度较小。采用混合算法优化BP神经网络预测模型,用于机床主轴热误差在线补偿,提高了加工精度。 展开更多
关键词 模拟退火算法 粒子群算法 BP神经网络 机床主轴 热误差
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暗直榫欧式木窗专用数控机床主轴的有限元分析 被引量:10
20
作者 马岩 岳彩裙 郝思明 《西北林学院学报》 CSCD 北大核心 2014年第1期185-187,252,共4页
通过主轴模型的建立、网格的划分、边界条件的设置和载荷的施加、刚度与强度分析以及模态分析,对暗直榫欧式木窗专用数控机床主轴的静态特性进行了有限元分析。结果表明:主轴加载后的最大位移出现在主轴最下端,且最大位移值为0.114mm,... 通过主轴模型的建立、网格的划分、边界条件的设置和载荷的施加、刚度与强度分析以及模态分析,对暗直榫欧式木窗专用数控机床主轴的静态特性进行了有限元分析。结果表明:主轴加载后的最大位移出现在主轴最下端,且最大位移值为0.114mm,是在误差的允许范围;对主轴的应力、应变进行了分析,得到主轴的最大应力为282.76MPa,小于主轴的许用应力[σ]=355MPa,符合主轴的设计要求;对主轴进行了模态分析,得到主轴前6阶固有频率,当机床工作时的固有频率低于主轴的1阶固有频率时,就不会引起机床的共振。并获得了主轴的位移云图、应力应变云图,验证其刚度在静态下均在许用范围内,可满足设计要求。 展开更多
关键词 木窗 专用数控机床 主轴 有限元分析
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