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。     

数控铣床主轴部件动态特性分析

以某数控铣床主轴为研究对象,建立了轴和角接触轴承的等效动力学模型,研究了轴承等效刚度和预紧力参数对主轴系统固有频率影响规律,通过模态分析确定主轴部件的固有频率和振型,验证数控铣床主轴部件结构设计的合理性.     

基于ANSYS的数控镗铣床主轴结构动态特性对比分析

运用Pro/E对两种不同的数控镗铣床主轴结构进行三维建模,将模型导入到ANSYS中,分别采用实体单元SOLID185和弹簧阻尼单元COMBIN(1)4对主轴和轴承进行有限元模型的划分,对主轴进行振动模态和谐响应分析,对比分析结果,找出两根主轴在动态特性上的区别,并根据机床给定参数,得出两根主轴在动态特性上的优劣.同时还对主轴固有频率与轴承跨度之间的关系进行了研究,得出了固有频率与轴承跨距关系曲线图,为数控镗铣床主轴设计和优化提供数据参考.     

基于ANSYS的大型异步电机转子系统动态特性分析

采用有限元分析软件ANSYS建立了大型异步电机YKS1000-4TH转子系统的集中质量-梁单元有限元模型和三维有限元模型.采用Qr damped法对两种模型进行了模态分析,求得系统的前3阶固有频率和振型,并计算出相应的主轴临界转速.最后改变油膜支承刚度,分析系统临界转速随油膜刚度的变化规律,为大型异步电机转子系统的设计提供了理论依据.     

数控车床用高速电主轴的结构优化

通过对某车床用电主轴的支承特点进行分析,建立了其主轴—轴承系统的参数化有限元模型;应用ANSYS的优化设计功能,以提高电主轴的刚度为目标,取主轴的支撑跨距为设计参数,以第2阶固有频率为校核条件,对该型电主轴进行了优化,使该主轴的刚度和第2阶固有频率都有所提高。     

电主轴动态特性分析及结构优化

以某高速数控车削中心的电主轴为研究对象,建立了电主轴的有限元模型。以等效弹簧单元来模拟轴承对电主轴的支承刚度,同时将电动机转子部分视为分布质量单元附加在电主轴的相应安装位置。对电主轴有限元模型进行了动态特性分析,获得了各阶固有频率及振型。通过LMS模态测试设备对电主轴进行模态测试,测试结果与有限元计算结果的误差在10%以内,验证了此有限元模型的正确性。最后,在有限元模型的基础上进行了轴承支承跨距的优化分析,提高了电主轴的固有频率。     

主轴单元参数化建模、分析与优化设计

为实现主轴单元静动态特性的快捷分析,本文提出了主轴单元有限元建模基本参数的概念,建立了主轴单元通用有限元简化模型。以某厂新型五面体加工中心主轴单元为研究对象,利用简化模型得到了主轴单元的静刚度和前十阶模态。与简化前的分析结果比较,证明了简化模型的正确性。分析了不同轴承预紧工况下前两阶固有频率的变化,通过对主轴单元进行动态优化设计,使一阶固有频率提高了32.2%,主轴重量减少了42.9%。     

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．     

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。     

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.     

陶瓷电主轴空载电磁振动试验的研究

近年来,对高速高刚度数控机床用电主轴的需求日益紧迫。采用陶瓷材料设计电主轴主要旋转部件可以提高电主轴极限转速及刚度。但由于陶瓷材料导热、导磁及导电及机械性能与金属材料差别较大,因此陶瓷电主轴电磁振动与金属电主轴有所不同。研究陶瓷电主轴电磁振动有利于实现电主轴的低噪声低振动优化设计。本文通过实验研究了陶瓷电主轴的电磁振动特性。     

基于ADAMS的机床高速主轴虚拟设计系统研究

针对高速主轴在数控机床中的推广应用问题,以加工中心高速主轴系统结构设计和性能分析为重点,应用虚拟设计原理、有限元分析和优化设计技术,对加工中心高速主轴系统在ADAMS环境下进行了动态仿真研究,开发了专用于机床主轴系统设计分析软件系统,给出了部分运行实例。该系统能提高产品的设计质量和设计效率。     

高速陶瓷电主轴设计及性能分析

为了提高高速主轴系统的性能采用热压Si3N4工程陶瓷作为主轴材料设计了高速电主轴,对其静动态性能进行了有限元分析。结果表明,陶瓷电主轴比传统的钢质电主轴具有更加优良的动静态性能,静刚度、固有频率、临界转速都有不同程度的提高,更加适合于高速应用场合。     

基于ANSYS数控管螺纹车床主轴箱有限元分析

采用有限元软件ANSYS计算分析了专用数控管螺纹加工车床主轴箱的应力分布、变形、固有频率及振型。分析结果表面,专用数控管子床的主轴箱结构抵抗破坏的能力较大。通过分析主轴箱的固有频率和振型,对主轴箱结构的薄弱环节提出了改进方案。     

高速加工机床主轴支承系统的研究

介绍高速加工机床用电主轴的特性及应用现状,分析加工机床电主轴系统的理想结构、陶瓷球轴承、电磁浮轴承、液体动静压轴承的特性及其在高速主轴单元中的应用,并以高速数控随动曲轴磨床的主轴支承系统设计为例,说明如何选用设计合适的高速加工机床主轴支承系统。     

机床—主轴耦合系统动力学建模与模型修正

复杂精密零件的加工对机床装备的性能不断提出新的挑战。为了保证零件加工精度,有必要在设计阶段对机床整机的动态特性进行精确预测和评估。以机床主轴系统为研究对象,介绍一种机床—主轴系统耦合动力学模型,并指出该模型中存在结合面动态特性参数的辨识问题。为了修正该耦合模型,提出一种基于频率响应函数的有限元模型修正技术。采用包含平动自由度(Degree of freedom,DOF),转动DOF以及平动与转动耦合DOF的刚度矩阵来描述结合面的动态特性,通过测量结合面处的动态响应数据,辨识出高速主轴与机床之间结合面的刚度参数,从而达到模型修正的目的。试验结果表明,修正后的机床—主轴耦合模型反映出了机床结构对主轴动态特性的影响,能较好地预测主轴安装到机床上以后的动态特性,从而为高性能机床的数字化设计与制造提供理论依据。     

Analysis of the machining stability of a milling machine considering the effect of machine frame structure and spindle bearings: experimental and finite element approaches

Chatter vibration has been a troublesome problem for a machine tool toward the high precision and high-speed machining. Essentially, the machining performance is determined by the dynamic characteristics of the machine tool structure and dynamics of cutting process of spindle tool. Prediction of the dynamic behavior at spindle tool tip is therefore of importance for assessing the machining stability of a machine tool at design stage. This study was aimed to evaluate the machining stability of a vertical milling system under the interactive influence of the spindle unit and the machine frame structure. To this end, a realistic finite element model of a vertical milling tool was generated by incorporating the spindle-bearing model into the head stock mounted on machine frame. The influences of the dynamics of spindle-bearing system and the machine frame structure were investigated respectively. Current results show that the machine tool spindle system demonstrates different dynamic behaviors at different frequency ranges, which are also characterized as structural modes and spindle modes, respectively. In particular, the maximum compliance of spindle tool tip was found to occur at the bending vibrations of spindle shaft and vary with the preload amount of spindle bearing. The machining stabilities were predicted to different extent, depending on the exciting modes which could be related to the influences of machine frame and spindle unit.     

RESEARCH ON MODELING AND CHARACTERISTICS OF THE SPINDLE DYNAMIC COUPLING ABSORBERING SYSTEM OF A SUPER－PRECISION SURFACE GRINDING MACHINE

The bearing is described by constrain matrix, and the spindle system of a NC surface grinding machine is simplified as elastic-coupling beam, then modal synthesis method is used to establish the dynamic model of beam. Moreover, the response of the end of rotor is analyzed, and the natural frequency, principle mode and other dynamic characteristics of the coupling system are studied, the law of bearing stiffness to coupling frequency and amplitude of rotor is also found. Finally, according to the actual condition, a dynamic absorber is designed. The simulation and experimental results show that the amplitude of spindle can be declined effectively when the dynamic absorber is attached.     

An integrated prediction model for the dynamics of machine tool spindles

ABSTRACT

The predictility of dynamics of the machine tool spindles is essential for machining precision. During machining, the machine tool components and the cutting process interact with each other. Accordingly, it is necessary to take the process-machine interaction effects into account in order to predict the spindle's dynamics accurately. This paper presents an integrated model for the prediction of a spindle's dynamics. The model synthesizes the interactive influence between machine dynamics and forces in grinding process. The thermo-mechanical model of the spindle with angular contact ball bearings was built by using the finite-element method. The analytical model was used to calculate the process forces. A coupled simulation was adopted to accomplish the interactive process between the two models. Basing on the integrated model, the bearing stiffness, the natrual frequency, the spindle tip stiffness and deformations of a grinder's spindle were investigated. The prediction of the deformation fluctuations at the spindle tip due to process-machine interaction was also achieved.