高速数控机床主轴部件有限元建模方法研究

以沈阳第一机床厂生产的某高速数控车床为研究对象,研究了机床主轴部件有限元模型的建立方法,以及采用弹簧阻尼单元模拟主轴轴承支承的方法研究,并讨论了弹簧阻尼单元布置情况对分析结果的影响.对主轴部件进行有限元分析包括模态分析和谐响应分析,并通过试验对有限元模型进行验证.     

CK6136车床主轴刚度研究

本论文利用有限元分析软件,建立了主轴部件三维实体单元有限元分析模型,建模中,正确分析了主轴的载荷、轴承的支承刚度以及主轴的约束条件,合理确定了单元类型及形态。对某厂CK6136型数控车床主轴部件进行了静、动态分析,为改进机床设计提供了可靠的量化依据。     

高精度金刚石工具磨床主轴结构设计及有限元分析

对高精度金刚石工具磨床主轴系统进行了结构设计,分析了轴承预紧力对主轴温升和刚度的影响。分析结果表明轴承预紧力对主轴支承刚度有显著影响。在考虑轴承径向刚度和轴向刚度的基础上,研究并建立了主轴的有限元模型。利用有限元软件ANSYS对主轴单元进行了动静态特性分析,结果表明所设计的主轴系统能够满足金刚石刀具刃磨要求。     

精密数控车削中心主轴动态特性仿真

以某型车削中心主轴为研究对象,采用弹簧阻尼单元模拟动静压轴承支承的方法,建立主轴三维有限元模型。同时进行静力学分析,模态分析,分别得到静刚度、固有频率和振型。分析了主轴的应变与应力情况,比较了主轴在共振和设计工况下的振型,为该主轴结构改进设计提供依据。     

车削中心主轴动静态特性分析

以车削中心主轴为研究对象,采用弹簧阻尼单元模拟动静压轴承支承的方法,建立主轴三维有限元参数化模型。同时进行静力学分析、模态分析,分别得到静刚度、固有频率和振型,并通过谐响应分析,比较了主轴在共振和设计工况下的振型,找出该主轴的危险点并进行了相关验算。     

高速电主轴支承刚度计算及模态分析

以某型号数控磨床用高速电主轴为研究对象,基于滚动轴承静力学推导了高速电主轴常用支承—角接触球轴承计及预紧接触角变化的径向刚度和多联组配轴向刚度计算公式,结果显示该计算公式比现有文献中相关计算更准确,讨论了轴向预紧力对支承刚度的影响规律。在得到支承刚度的基础上,在ANSYS中采用弹簧单元COMBIN14模拟主轴轴承支承,基于ANSYS对主轴部件进行了不同轴向预紧力和不同转速下的模态分析,讨论了转速和轴向预紧力对电主轴模态的影响。     

重型卧式数控车床主轴系统动力学分析

通过对重型卧式数控车床主轴-滚动轴承系统的研究,建立了前支承为双列圆锥滚子轴承,后支承为单列圆锥滚子轴承的主轴系统的动力学微分方程。通过改变圆锥滚子轴承内滚道接触角、圆锥滚子的半锥角、主轴系统角频率和滚子数量,在考虑与轴承性能参数有关的变刚度和变阻尼系数的基础上,得到这些参数对主轴—轴承系统的影响。为机床主轴系统的优化设计提供理论依据。     

精密数控车削中心主轴动态特性仿真

以某型车削中心主轴为研究对象,采用弹簧阻尼单元模拟动静压轴承支承的方法,建立主轴三堆有限元模型,．同时进行静力学分析,模态分析,分别得到静刚度、固有频率和振型。分析了主轴的应变与应力情况,比较了主轴在共振和设计工况下的振型,为该主轴结构改进设计提供依据．     

基于ABAQUS的JKM8330数控机床砂轮主轴有限元分析

应用Python语言实现对ABAQUS的二次开发,建立了JKM8330数控机床砂轮主轴的三维模型,采用弹簧单元模拟轴承支承的弹性支承边界条件,建立了砂轮主轴的动力学有限元分析模型,研究其在不同边界条件下的模态特性。通过参数化讨论的研究方法,深入研究了主轴振型对高速数控磨床加工精度的影响,获得了不同弹性支承刚度对主轴模态频率的影响规律。研究结果为高速数控磨床的结构优化设计提供了理论依据。     

风电主轴轴承试验机轴系性能仿真分析

为校验所设计风电主轴轴承试验机的机械结构能否满足强度、刚度要求,以及作为支承的四列圆柱滚子轴承能否保证试验机的支承刚度,以某型4.5 MW风电机组主轴轴承试验机轴系为研究对象,利用有限元方法对不同主轴刚度下支承轴承的载荷特征进行分析计算,结果表明：主轴的刚度和强度满足设计要求;四列圆柱滚子轴承的刚度和最大接触应力也能满足要求;主轴刚度不仅影响四列圆柱滚子轴承各列滚子的最大载荷,同时影响承载滚子的数量。     

基于ANSYS数控车床静压气体轴承主轴的模态分析

针对气体静压轴承支撑的精密数控车床主轴系统工作高精度的要求,在机床工作过程中,主轴高速旋转,静压气体轴承的支撑刚度随着转速动态变化。为了了解主轴工作过程中的动态特性,应用Pro／E软件对主轴进行三维建模,并用ANSYS对其进行模态分析,得到各阶固有频率和振型。掌握数控车床主轴各阶振动模态的特点,有利于气体轴承支持下的数控车床主轴结构设计,为机床的进一步研究及优化提供理论依据。     

数控机床主轴部件动态优化设计

在对某型数控车床进行空运转、切削及模态试验的基础上，确定了机床主轴部件动刚度薄弱是引起机床切削的结构颤振方面的原因。据此，建立了机床主轴部件的有限元动力学模型，并对主轴部件进行了静、动特性的计算和动态优化设计。     

多约束状态下重载机械式主轴有限元建模及模态分析

重载机械式主轴是重型数控(Computer numerical control,CNC)机床摆角铣头的关键功能部件,具有大功率、大扭矩特点,用于加工大型复杂曲面零件。其有限元建模及模态分析的准确性是主轴进一步动力学分析的基础。基于Timoshenko梁理论建立重载机械式主轴的运动方程,采用有限元法得到主轴的矩阵形式的动力学方程;在有限元软件中分别以实体单元和梁单元对主轴进行有限元建模,对轴承以Combin14弹簧单元建模,并以自由模态和实际工况约束条件下进行重载机械式主轴的模态分析;根据轴承型号计算轴承的径向刚度,作为重载主轴模态分析中弹簧单元的刚度参数;进行主轴锤击模态试验,验证重载机械式主轴多约束状态下模态分析建模及仿真结果的正确性。研究表明,把主轴考虑为Timoshenko梁单元和Beam188梁单元进行主轴有限元建模和模态分析时,结果更为准确,弹簧约束梁方式更符合实际情况。研究结果为重载机械主轴系统的进一步优化设计和精度控制提供依据。     

内圆弧曲面工件专用数控车床设计

为提高切削内圆弧曲面类工件的加工精度、加工效率及加工稳定性,设计了一种加工内圆弧曲面类工件专用数控车床。该机床主要有电主轴机构、进给伺服驱动机构和床身机架等。针对加工对象的特点和设计目的,其创新部件有高刚性、高转速的电主轴和进给伺服驱动机构的排刀架部件。其中排刀架部件特点表现为:所有刀具装于工作台上直接选用,改变了传统的换刀方式,缩短了换刀行程,从而节约了加工时间。使用结果表明,该机床加工效果达到了高效、高精度、高稳定性,并具有良好的通用性。该机床的设计是一种工艺装备的创新,使内圆弧曲面类工件加工工艺上了新台阶,创造了良好的社会效益。     

精密数控车床电主轴-轴承-转子系统动态性能计算分析

建立了SH-32精密车床电主轴—轴承—转子系统的三维物理模型,考虑组合方式对轴承刚度的影响,采用数值计算结合有限元分析方法,分析了电主轴-转子系统自由状态以及约束状态时的模态,研究了不同支撑刚度组合以及主轴结构对系统动态性能的影响。为精密机床与电主轴的相关设计提供理论及有限元基础。     

高速高精度数控车床主轴内外转子耦合系统的动力学建模方法研究

利用整体传递矩阵法对机床主轴内外转子耦合系统的动力学建模方法进行了详细研究,并在此基础上计算出主轴系统的动力特性。与Prhol传递矩阵法相比,该法考虑了主轴和拉杆间的连接刚度,因此所建动力学模型更符合主轴系统实际情况,计算结果更可靠。计算过程同时表明该法计算简单、精度高且易于编程。文中还利用有限元法有效地解决了主轴双转子耦合刚度的计算问题。     

分体夹装式冷滚打主轴设计及可靠性分析

针对冷滚打成形中主轴受高频冲击的特点,对现有冷滚打主轴结构进行改进,给出了一种分体夹装式冷滚打主轴结构,并建立了相应的有限元分析模型。通过数值模拟的方法得到了该结构的模态和受力情况,验证了该结构的可行性。在此基础上,设计了用于C630车床的冷滚打实验用主轴,采用LMS系统得到了该主轴的前三阶模态,并通过和数值模拟方法所得结果进行对比,验证了有限元分析方法和结果的有效性。在C630车床上用该主轴结构对紫铜和20钢块料进行了冷滚打成形实验,进一步证明了分体夹装式冷滚打主轴结构的可行性。     

Centrifugal force induced dynamics of a motorized high-speed spindle

Trend of the high-speed and high efficiency machining has pushed the continuous demand of higher spindle speed and power for the machining center application. Because the extremely high speed produces significant centrifugal force, it creates a need to predict the spindle dynamical characteristics at dynamic states. This work presents analysis results of the spindle dynamic of a motorized high speed spindle with angular ball contact bearings. For a machining center, two major subsystems determining the overall spindle stiffness are the shaft/bearing subsystem and the draw bar mechanism subsystem. Shaft/bearing stiffness as well as the natural frequency decreased at high speeds due to the bearing softening and gyroscopic effect. The bearing softening is the major reason of the reduced spindle stiffness, while the gyroscopic effect plays the secondary effect. Angular contact ball bearing softening at high speed is due to the reduced contact load and increased contact angle at the ball/inner-raceway contact interface caused by the centrifugal force. For the draw bar mechanism, analysis results show that the dynamic draw force at high speeds is significantly increased from that designed at the static state. Because the toolholder/spindle interface stiffness is proportional to the draw force, centrifugal force theoretically contributes a plus to the spindle stiffness at dynamic state. The dynamic draw force, however, is dependent on the friction loss inside the draw bar mechanism. Because of the low friction coefficient, the ball-type mechanism is superior to the wedge type mechanism.     

机床主轴系统支承动态参数识别方法的研究

本文对传递矩阵法识别机床主轴系统支承动态参数的原理和应用进行了研究,并在此方法中引入了“拟合圆法”,以提高识别精度.用在此基础上编制的计算机程序,在主轴系统实际安装条件下,根据各测点的位移导纳试验数据,对机床主轴系统支承动态参数进行了识别计算.     

超高速磨削机床主轴系统模态分析

针对液体动静压轴承支撑的超高速磨削主轴系统工作的特殊性,在机床工作过程中,主轴高速旋转,动静压轴承的支撑刚度随转速动态变化.为了解主轴系统工作过程中的动态特性,应用Flunent软件求解液体动静压轴承的动态支撑刚 度,而后在此基础上利用有限元分析软件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,得到了各阶固有频率和振型.通过设置不同转速下轴承的支撑刚度,获得主轴系统模态分析结果,并利用图解法求解出主轴系统的临界转速.分析结果表明主轴系统在高速旋转状态下,系统的结构刚度会发生变化,使主轴系统的固有频率改变,并且随着转速提高差异越显著.通过振动试验测试验证仿真分析的可靠性,经分析可知,试验与仿真的误差主要来源于支撑模型的简化.