東莞數(shù)控雙側(cè)銑床主軸系統(tǒng)是機床產(chǎn)生振動的關(guān)鍵部件。將主軸和軸承支承的分析簡化為一個柔性的數(shù)控雙面銑削系統(tǒng)和作為旋轉(zhuǎn)主軸結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的離心力，為主軸零件的動態(tài)分析提供了一種新的思路。

　　介紹

　　本文主要研究主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計對主軸系統(tǒng)穩(wěn)定性和振動阻力的影響。將主軸和支承軸承簡化為彈性系統(tǒng)，將主軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力作為預(yù)應(yīng)力進行分析。

　　有限元分析方法被廣泛應(yīng)用在機械工程計算，主軸的主軸有限元有限元分析首先需要建立模型，包括主軸模型材料參數(shù)的設(shè)置、網(wǎng)格劃分和邊界條件，邊界條件可以考慮的因素支撐軸承，在軸承支撐彈性約束剛度值添加位置。通過有限元方法，可以進行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析。

　　1、主軸模態(tài)分析

　　主軸轉(zhuǎn)動時，質(zhì)量中心偏離軸產(chǎn)生周期變化的軸慣性力。當主軸轉(zhuǎn)速接近或通過臨界轉(zhuǎn)速時，振動會非常強烈。模態(tài)分析可以確定機構(gòu)的固有頻率和振型，避免振動過大。

　　1.1模態(tài)分析的理論基礎(chǔ)

　　主軸的動力學方程是通過有限元理論：

　　其中ω是系統(tǒng)的固有頻

　　1.2主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　主軸選擇為研究對象。二一個是長軸(見圖1)，另一個是短軸(見圖2)。從圖1可以看出，其長軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的主軸線是細長軸，長度736mm。顯著降低至280mm的空心短軸的第二種軸向長度和直徑，相對增加。可以看出，兩種方案中主軸結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸不盡相同。數(shù)控銑床的數(shù)值模擬可以用來計算結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。

　　圖2圖1軸結(jié)構(gòu)長軸結(jié)構(gòu)

　　1.3模態(tài)分析邊界條件

　　根據(jù)實際情況，主軸要受其他部位的約束，即要設(shè)置適當?shù)募s束條件。軸承作為主軸的主要部件，其剛度對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的精度和抗振性能起著重要的作用。主軸支承軸承可以模擬主軸和軸承零件的彈性約束(如圖3所示)，而在主軸鎖頂螺母和其他結(jié)構(gòu)限制的主軸x，y，Z自由。

　　軸承參數(shù)的識別方法有很多，如傳遞函數(shù)法和直接法。在預(yù)緊力的情況下，數(shù)控雙面銑床可用于計算角接觸球軸承的徑向剛度Kr：

　　圖3等效彈簧示意圖

　　1.4預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析結(jié)果

　　數(shù)控雙面銑床有限元前處理的主軸在一個已知的參數(shù)設(shè)置，根據(jù)訂單的約束考慮彈性約束的影響，轉(zhuǎn)子離心力設(shè)定轉(zhuǎn)速的主軸，數(shù)控雙面銑床采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)模態(tài)分析。兩種結(jié)構(gòu)的前3種模式的結(jié)果見表1和表2。

　　表1空心短軸的固有頻率和振型

　　從表1和表2，長軸的臨界速度遠小于空心軸的臨界轉(zhuǎn)速。對3000r/min的處理速度，空載轉(zhuǎn)速3500r/min，和低階軸的臨界轉(zhuǎn)速3192r 3180r /分鐘/分鐘，因此，可能發(fā)生較大的振動軸加工，和短軸的臨界轉(zhuǎn)速遠大于實際轉(zhuǎn)速，避開共振的可能。

　　2、主軸諧波響應(yīng)分析

　　變形分析和研究對象的激振力在一定頻率范圍內(nèi)的諧波響應(yīng)時的應(yīng)力，由同一主軸轉(zhuǎn)矩約束條件和研究對象的模態(tài)分析，載荷-位移數(shù)據(jù)60n m的長軸和短軸的前端分別采集，采樣間隔為4Hz、和20個采樣點均勻分布在轉(zhuǎn)矩0HZ ~ 80hz測試間隔。計算出的數(shù)據(jù)在采樣頻率連接到曲線

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