高速主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模及影響因素分析.pdf

1、近年來(lái)隨著數(shù)控機(jī)床向著高速、高精度和高效率方向的發(fā)展，對(duì)其動(dòng)態(tài)特性的要求越來(lái)越高，具有優(yōu)良性能的電主軸高速系統(tǒng)得到了日益廣泛的應(yīng)用。機(jī)床結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是建立準(zhǔn)確的主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，系統(tǒng)地考察引起主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性變化的參數(shù)類型，進(jìn)而分析各參數(shù)對(duì)主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響。
　　本文以沈陽(yáng)機(jī)床廠已經(jīng)批量生產(chǎn)的某數(shù)控機(jī)床的高速主軸系統(tǒng)為研究對(duì)象，使用Ansys有限元分析平臺(tái)，對(duì)高速主軸系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，建模?；谀B(tài)分析和諧

2、響應(yīng)分析，考慮主軸設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)合面參數(shù)、高轉(zhuǎn)速對(duì)主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響分析，并使用三維實(shí)體單元采用旋轉(zhuǎn)截面法，對(duì)主軸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三維實(shí)體建模，最后基于接觸單元模擬主軸—軸承結(jié)合面提出了今后對(duì)于高速主軸系統(tǒng)分析方法的展望?？偨Y(jié)本文的研究工作主要包含以下幾個(gè)方面:
　　(1)總結(jié)了機(jī)床主軸系統(tǒng)結(jié)合面的研究方法和研究現(xiàn)狀，以及機(jī)床主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的研究目的、意義與現(xiàn)狀;提出了理論研究和有限元分析相結(jié)合的結(jié)合面研究方法。

3、　　(2)介紹了高速主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響分析，通過(guò)對(duì)比分析軸承剛度、主軸支承類型、軸承跨距、軸承預(yù)緊力、主軸內(nèi)徑的變化，在Ansys環(huán)境中建立相應(yīng)的Beam單元有限元模型，基于模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，得出以上五種設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)于主軸系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性均有影響。因此在設(shè)計(jì)主軸系統(tǒng)的過(guò)程中，對(duì)于設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)于主軸系統(tǒng)用動(dòng)力學(xué)特性的影響，相關(guān)結(jié)論可作為主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的參考。
　　(3)介紹了結(jié)合面參數(shù)對(duì)主軸系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性

4、的影響分析，基于考慮與否主軸—刀柄，刀柄—刀具結(jié)合面;考慮結(jié)合面接觸剛度變化兩個(gè)方面通過(guò)模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，對(duì)比固有頻率和刀尖點(diǎn)幅頻響應(yīng)，得出相應(yīng)結(jié)論。
　　(4)著重介紹了由于高速轉(zhuǎn)動(dòng)而引起的主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的變化。從陀螺力矩和高速回轉(zhuǎn)所引起的支承剛度的變化兩個(gè)方面進(jìn)行分析，通過(guò)觀察主軸系統(tǒng)的模態(tài)結(jié)果，Campbell圖，臨界轉(zhuǎn)速等因素，得出這兩個(gè)因素對(duì)主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響結(jié)果。
　　(5)最后，采用三維實(shí)體單元對(duì)