基于主轴轴承运行刚度的高速主轴动力学建模

高速主轴是高速加工关键功能部件之一,其动力学性能对机床加工质量有着重要的影响。基于赫兹接触理论计算了主轴轴承动态运行刚度并构建了主轴轴承的刚度矩阵;基于Timoshenko梁理论获得高速旋转梁单元运动方程;基于主轴轴承单元、梁单元与盘单元构建了某高速主轴系统有限元模型,并进行了静动态实验测试。结果表明:所建立的动力学模型是准确的,为主轴系统结构优化提供了理论指导。     

最不利工况下大型数控机床主轴的强度计算

本文根据某大型数控机床主轴不等截面及主轴工作时轴承支座产生小弹性变形的特征建立主轴计算模型，并以超静定法及强度理论计算及校验最不利工况下机床主轴的强度。本文介绍的计算方法对同类机床主轴的设计、强度及刚度校验具有实际参考价值。     

三轴卧式加工中心主轴静刚度仿真与试验研究

对卧式加工中心主轴系统静刚度进行了仿真和试验研究.研究发现:经有限元方法计算获得的结果与试验有较好的对应性;主轴静刚度在卸载时要大于加载时,卸载时主轴系统弹性恢复迟滞,并且加载曲线与卸载曲线不封闭,卸载时主轴变形恢复不到起点,进而影响加工精度.因此,提高系统刚度十分必要,可通过合理设计机床主轴结构、减小主轴悬伸量、提高传动部件单位质量刚度等方法提高切削系统刚度.     

高性能直驱混联数控机床静刚度分析

基于模块化设计技术,开发了一种由直线电机驱动的高性能混联数控机床,主要由2-DOF并联主轴头和XY工作台两大功能模块组成。以该机床并联主轴模块为研究对象,基于边界元和刚度矩阵组集方法,建立了机床静刚度模型,并编制了刚度计算软件,由此计算得到机床主轴在整个工作空间内位置刚度和旋转刚度的分布。数值仿真表明:该机床具有较好的刚度特性,满足轻切削加工静刚度设计要求。     

卧式加工中心主轴静刚度特性的试验研究

介绍了卧式数控加工中心主轴的静刚度特性所开展的试验研究。根据预加载荷测得的静刚度试验数据,应用最小二乘法拟合得到主轴在加载和卸载时的静刚度曲线。研究后发现,主轴卸载刚度大于加载刚度;相同结构尺寸机床,主轴最高转速低的机床主轴静刚度要高于主轴最高转速高的机床;相同最高转速和结构的机床,尺寸大的机床主轴静刚度要高于尺寸小的机床;采用电主轴结构的机床主轴静刚度要高于同类型采用机械式主轴结构的机床。研究结果可以对国产卧式加工中心改善主轴部件静刚度设计提供参考。     

电主轴最佳跨距理论计算与仿真分析

为研究跨距设计对主轴力学性能的影响,针对某型电主轴,根据经验公式计算最佳跨距的理论值以及进行不同跨距下固有频率与静刚度变化规律的仿真。通过主轴静刚度加载实验,验证主轴轴承刚度,避免对仿真模型产生影响。基于设定的边界条件,建立模态分析仿真模型及静刚度仿真模型;改变主轴跨距,分析其径向1阶固有频率及径向静刚度的变化规律,分析并总结电主轴的设计跨距对力学性能的影响程度;结合最佳跨距的理论计算值,提出电主轴跨距设计的一般原则。     

JKM8凸轮轴磨床头架主轴系统动态特性分析

凸轮轴磨削精度主要受机床主轴系统的自激振动、受迫振动和热变形的影响,模态分析是动力学分析的基础,因此有必要深入分析主轴振型对磨削精度的影响。以JKM8凸轮轴磨床头架主轴系统为研究对象,使用弹性支承单元模拟静压轴承,建立转子-轴承系统有限元模型进行模态分析,获取系统前6阶模态参数,运用参数讨论法,研究系统固有频率随支承刚度的变化规律。结果表明:主轴转速远远低于一阶临界转速,因此不会发生共振;静压轴承的支承刚度对主轴系统的低阶固有频率影响很大,支承刚度大于300 N/μm时,固有频率的增加幅度显著减小。研究结果为磨床主轴系统的优化提供了理论依据。     

精密机床主轴弹簧夹头夹紧力计算方法研究

研究精密机床主轴弹簧夹头夹紧力计算方法,建立了弹簧夹头夹紧力的可靠性分析模型,并对某精密机床主轴弹簧夹头夹紧力可靠度进行了计算;建立了整个弹簧夹头夹紧机构的非线性有限元模型,通过与理论计算结果的对比验证了有限元模型的准确性;通过有限元分析得到了弹簧夹头夹紧状态下夹紧面接触变形规律,为精密机床主轴弹簧夹头的设计及性能分析提供了方法和依据。     

数控铣床主轴系统动态刚度可靠性概率设计

针对数控铣床主轴系统是在变化复杂的、非简谐力的激励下振动,而与该振动特性密切相关的主轴滚动轴承的刚度又不是一个定值,而是载荷的函数的特点,以某数控铣床主轴系统为研究对象,基于概率有限元理论、瞬态响应有限元分析理论及轴承动刚度理论,将有限元分析软件ANSYS10.0中的瞬态响应分析方法与Monto-Carlo模拟方法相结合,对机床主轴系统进行了动刚度可靠性概率有限元计算,得出了在主轴系统中,对其动刚度影响最为敏感的几何因素是主轴前支承处的半径,其次是主轴前端半径以及对主轴系统动刚度影响最为敏感的刀具因素是铣刀杆的悬伸量,其次是铣刀杆半径的结论.     

卧式多轴自动车床主轴静刚度初探

为了提供设计时评定主轴刚度和给定优化设计的刚度目标,文章采用有限元法对国产8种卧式多轴自动车床和国外5种同类型机床主轴计算,得到计算的主轴静刚度数据.从标准资料整机刚度的要求推算出一系列主轴静刚度数据,然后考虑到不同规格机床结构上的因素,将上述两组数据合并处理,以回归方式得到一个可供参考的参数方程.     

XM2309定梁龙门铣磨床铣削主轴的有限元分析

针对定梁龙门铣磨床铣削主轴系统,应用ANSYS有限元分析软件,采用弹簧阻尼单元模拟轴承支承的方法,建立了主轴系统的有限元分析模型.依据主轴系统的典型工况条件,对主轴系统静态特性进行了分析,得出了主轴系统的静态应力及变形,结果表明主轴的静态力学性能满足设计要求.通过对主轴系统动态特性的分析,获得了主轴系统的固有频率及振型,主轴临界转速远大于其工作转速,不会发生共振.分析结果也为主轴系统的进一步优化设计提供了理论依据和指导.     

高速机床主轴－轴承系统动态性能研究

为研究主轴－轴承系统的动态性能,以某型号精密卧式加工中心主轴系统为研究对象,通过偏心质量激励法测得主轴支承轴承刚度,采用Timoshenko梁单元对主轴进行有限元建模,系统地分析了主轴离心效应、轴承预紧力对于主轴动态性能的影响,并进行了实验验证。结果表明：提高预紧力可有效增加主轴轴承刚度,提高主轴动态性能。同时证明采用有限元法计算主轴轴承的刚度是一种行之有效的方法。     

Characteristics of a spindle bearing system with a gear located on the bearing span

The spindle bearing system is the main source of the total cutting point compliance of machine tool structures. In this work, the static and dynamic characteristics of a spindle bearing system driven by a gear located on the bearing span were investigated using the analytical and finite element methods. Based on the calculated results, a prototype spindle bearing system was manufactured and its static and dynamic characteristics were measured. From the comparison of the experimental results with the calculated results, it was found that the finite element method predicted well the static and dynamic characteristics of the spindle bearing system.     

基于Workbench的磨齿机主轴系统动态特性研究

主轴系统是磨齿机的重要组成部分,主轴的动态特性对齿轮的磨削精度与生产效率有着很大的影响。以磨齿机的主轴系统为研究对象,在SolidWorks中建立模型,并通过有限元软件Workbench对其进行模态分析,得出了主轴系统的固有频率和最大偏振量。分析了主轴系统在不同跨距和不同主轴材料弹性模量等条件下对主轴动态特性的影响。结果表明：1023号碳板钢的最大变形量相对较小,可作为主轴材料;模态频率随支承间距的增加而提高;主轴系统的最大变形量随支承间距的增加减小,最佳支承间距为240 mm。     

XK717数控铣床主轴系统的热特性分析

建立了主轴系统与普通水箱之间的冷却模型，并结合有限元方法，对XK717数控铣床主轴系统进行了热特性分析，得出了水箱设计参数和冷却泵的流量对铣床主轴系统热特性的影响规律，从而为数控铣床主轴冷却系统的设计提供了理论依据，具有一定的指导意义。     

重型数控机床镗轴的疲劳寿命与可靠度分析

重型数控机床的关键部件可靠性直接影响到机床加工精度。对某公司所生产的TK6920型数控落地镗铣床的镗轴进行受力分析,并通过计算和有限元法验算了镗轴的刚度和强度以确保其均满足其设计要求。将分析结果导入有限元软件Hypermesh的疲劳寿命分析模块进行了镗轴疲劳寿命分析,并依据此结果确立镗轴可靠度。该方法对重型机床关键部件的可靠度分析具有一定的理论指导意义。     

直线导轨副动态特性的试验研究及有限元分析

对日本THK公司生产的某型直线滚动导轨副进行了接触分析,得到了直线滚动导轨结合面的法向和切向静刚度.通过建立直线滚动导轨副的动力学理论模型和有限元模型;进行了理论模型的计算和有限元模型的模态分析和谐响应分析;并通过导轨滑块的动态试验验证了理论模型和有限元模型的准确性.此研究结果为数控机床整机的动态分析、结构优化提供了有效的指导作用.     

超高速磨削主轴系统的动态有限元分析

运用有限元分析软件ANSYS建立超高速磨床主轴系统的三维有限元模型,并对其进行模态分析,得到各阶固有频率和振型。针对超高速磨削过程中由转速产生的离心力的影响,先对主轴系统进行了静力分析,然后对其进行模态分析,获得各阶固有频率和振型。通过比较得知:考虑预紧力后,主轴系统固有频率都有提高。通过公式计算获得各阶固有频率所对应的临界转速,为磨削加工时避开共振频率提供理论指导。考虑到磨削力对主轴系统的激振力作用,利用Full法对主轴系统进行谐响应分析,获得了主轴跨中节点随激振力频率变化的幅频响应曲线,识别了产生共振的激振力频率。提出了进一步提高主轴动态特性的工艺措施。     

Milling machine spindle analysis using FEM and non-contact spindle excitation and response measurement

In this paper a method for analysing lateral vibrations in a milling machine spindle is presented including finite-element modelling (FEM), magnetic excitation and inductive displacement measurements of the spindle response. The measurements can be conducted repeatedly without compromising safety procedures regarding human interaction with rotating high speed spindles. The measurements were analysed and compared with the FEM simulations which incorporated a spindle speed sensitive bearing stiffness, a separate mass and stiffness radius and a stiffness radius sensitive shear deformation factor. The effect of the gyroscopic moment and the speed dependent bearing stiffness on the system dynamics were studied for different spindle speeds. Simulated mode shapes were experimentally verified by a scanning laser doppler vibrometer. With increased spindle speed, a substantial change of the eigenfrequencies of the bearing-related eigenmodes was detected both in the simulations and in the measurements. The centrifugal force that acted on the bearing balls resulted in a softening of the bearing stiffness. This softening was shown to be more influential on the system dynamics than the gyroscopic moment of the rotor. The study performed indicates that predictions of high speed milling stability based on 0 rpm tap-test can be inadequate.