以TBT-ML500深孔钻床的主轴箱为研究对象,首先采用SolidWorks建立主轴箱的三维模型,然后将其与ANSYS Workbench进行关联,以避免数据在传输过程中丢失,再在Workbench中对主轴箱进行静动态分析。初选主轴箱的8个尺寸参数作为设计变量,并对其进行参数相关性分析,选出对主轴箱质量影响最大的3个参数,对主轴箱进行结构轻量化设计。结果表明在满足主轴箱静动态特性的前提下,质量减轻了9.77%,实现了轻量化设计。

误差补偿已成为提高数控机床精度的重要途径之一。机床误差补偿效果好坏取决于误差元素模型。所以，误差补偿的首要任务是要精确和有效地辨识各误差元素并建立误差模型。介绍利用激光干涉仪对机床误差检测和识别的方法，建立了基于该方法的几何误差模型。

在孔加工过程中,深孔加工机床出现的颤振会导致加工精度降低、加工效率下降、刀具与机床寿命缩短以及产生有害噪声。通过对颤振产生的机理进行分析,设计了基于磁流变效应的自适应颤振抑制装置;建立了深孔加工的动力学模型与动力学方程,并通过MATLAB Simulink进行仿真分析;在不同转速下对比安装与未安装减振器系统的振动情况,验证了该装置对颤振的抑制作用。

深孔机床在钻削加工中出现颤振,会导致加工精度和效率降低、刀具与机床寿命缩短和有害噪声的产生。因此对颤振和其抑制技术的研究至关重要。通过对磁流变液效应机理以及工作原理的研究,设计出基于挤压模式的自适应磁流变液减振器,将其安装在深孔机床上。建立动力学模型并求得动力学方程,通过MATLAB的Simulink平台对动力学模型进行仿真,对比分析在不同转速下安装减振器的系统与未安装减振器系统的振动图形。结果表明:磁流变液减振器可以大幅、迅速地衰减振幅并缩短振动周期,因此自适应磁流变液减振器对机床切削颤振具有很好的抑制作用。

深孔加工技术中钻孔时出现偏斜是普遍存在的问题,加工又一难点是排屑困难。提出了用切削液消除或减小钻孔偏差的数学模型,其原理是液压锁紧,基于以上原理设计了带正锥度的BTA深孔钻,并通过实验验证其加工出的工件孔轴线的偏斜度得以减小;另外通过在BTA喉部后端设计二级入流口以形成一定负压,完成负压抽屑作用,利用CFD软件对优化后的BTA深孔钻进行流体仿真,观察到BTA深孔钻喉部的排屑效果显著提高。

研究深孔钻杆系统中非线性流体力的分布特性。采用有限差分法求解非线性流体力控制方程，分析偏心率、长径比、涡动速度和振动速度对非线性流体力分布的影响。研究结果表明：非线性流体力随着偏心率的增大而增大，而随着长径比的增大变化不明显，尤其是对于大的长径比：随着正向涡动速度的增大，收敛区的非线性体力而增大，发散区的非线性流体力减小，而反向涡动速度对非线性体力的影响规律恰好相反：非线性流体力随着正向振动速度的增大而增大，随反向振动速度的增大而减小，此外，在最小间隙处的压力因振动速度的改变而出现极值。从而导致收敛区和发散区压力分布的反对称特性消失。

齿轮的参数化修形设计可以快速、有效地改善轮齿啮合性能。在UG中建立全参数化的直齿圆柱齿轮模型,针对某一工况进行参数化的齿廓与螺旋线联合修形,在Hypermesh和Workbench中对其进行有限元仿真,获得不同修形情况的齿轮啮合特性。对比仿真结果可知,针对同一工况,选择合适的修形方式、修形参数值可以明显改善啮合效果。同时,通过齿轮台架试验,对比修形前后的齿轮振动数据,发现经过修形的齿轮振动特性明显优于未修形齿轮。结合仿真与试验结果分析可得,螺旋线鼓形修形对于齿面偏载有较好的改善效果;齿廓修形能明显改善轮齿间的载荷分配;综合齿廓与螺旋线修形可以快速得到最佳修形方式及修形量,缩短研发周期。研究为实际工程提供了重要理论参考。

文中建立了单刃刚性镗铰刀的数学模型,分析了单刃刚性镗铰刀铰削加工中自激振动的产生机理,研究了导向块与孔壁间的摩擦特性对自激振动的影响,为抑制自激振动提供依据。