JY-5数控铣床主轴动态特性分析

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1、JY一5数控铣床主轴动态特性分析口罗生梅1,2口乔田忠z1．兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室兰州7300502．兰州理工大学机电工程学院兰州730050摘要：以JY一5数控铣床主轴为研究对象，建立主轴三维动态有限元模型，利用ANSYS软件，对其进行模态分析和谐响应分析。分析结果表明，主轴的前几阶固有频率远大于主轴工作时的振动频率，能够有效避免共振发生，验证了主轴设计的合理性，为下一步主轴的优化改进奠定了基础。关键词：有限元固有频率动态特性中图分类号：TH133．2；TG54文献标识码：A文章编号：1000—4998f2015)08—0015—03

2、从20世纪90年代开始，高速切削技术已经进入数控机床功率大，切削速度快，主轴高速旋转，由机床了工业应用阶段，并取得了显著的经济效益。与普通切本身的可靠性来保证加工质量，因此主轴必须具有良削相比，高速切削能够提高加工效率，改善表面加工质好的静动态特性。量，显著提高加工精度，正是基于这些优势，高速切削本文以JY一5数控铣床的主轴为研究对象。主轴结技术在国内外已经成为重要的研究领域之一⋯。作为构如图1所示高速切削的核心功能部件，主轴的动态性能直接影响该主轴材料为40Cr，由三组轴承支承，整个支承到机床的加工质量和生产效率，也是影响机床加工精结构采用一端固定一端浮动的方式，支

3、承1为固定端，度的重要因素。因此，对主轴进行动态分析，研究主轴支承2和3为浮动端。支承1、2均为单列角接触球轴的模态特性、谐响应特性，对于提高机床的整体工作性承，采用背靠背的安装方式，支承3采用单列圆柱滚子能是很有必要的2．3]，也为主轴的改进优化提供了技术轴承。主轴的最高转速为12000r／min，对应的主轴频资料。率为200Hz，进给系统的快速移动速度为50m／min。1主轴结构简介主轴是机床非常重要的部件之一．它的主要功能是带动刀具高速旋转，完成切削加工任务。在切削过程中，主轴主要承受切削力和来自机床的驱动力。现代收稿日期：2015年4月·+-+-+-+-+-+

4、-+-一果明显。了闭式气浮导轨的刚度性能。参考文献4结论[1]卢志伟，刘波，张君安，等．精密空气静压导轨组件的设计与设计了一种可拆卸式整体气浮导轨组件，导轨滑分析[J]．润滑与密封，2007(2)：165—167．架采用框架组合结构，可更换与安装边长或直径小于[2]刘伟．静压轴承自控系统的动态特性[J]．清华大学学报，60mm、厚度小于30mm的各系列多种型号和不同数2000(5：80—83．量的气浮轴承，实现对称和非对称全封闭结构的布置。3]熊联友．多功能止推气体轴承试验台及微机动态测试系统利用误差均化原理，得出了在不同数量气浮轴承的布[J]．润滑与密封，2000(

5、4)：50—51．置情况下。误差均化作用对气浮导轨性能的影响。设计『4]李树森_／J、孔节流方式对气体静压轴承工作刚度影响的分了整体焊接组合式框架，以及多种数量、不同种类气浮析[J]．润滑与密封，2000(4)：6-7．轴承在气浮导轨滑架中的不同组合形式。同时分析了[5]郭红，李瑞珍，岑少起．超高速动静压推力轴承特性优化分闭式气浮导轨的刚度及气浮轴承安装支架对闭式气浮析[J]．机床与液压，2008(1)：4—5．导轨刚度的影响，设计了辅助气浮轴承安装支架，改善(编辑丁罡)机械制造53卷第612期2015／8固表1主轴固有频率一转速对照表发现主轴最高工作转速比临界转速小

6、很多，从而得出阶次四五／、主轴不会产生共振等现象，主轴的工作状态是安全可【频率用zO793．987794．144950．963951．381466．06靠的。通过谐响应分析。进一步研究了主轴在外加载荷转速n／(r·min)O4763947648570575708287963下的振动特性，发现在主轴的工作频率范围内，主轴的由表1可以看出，主轴除第一阶固有频率外，其它振动量很小，不会对机床的加工精度产生太大影响，能固有频率所对应的转速最小为47639r／min．而机床工很好地满足设计要求。作时主轴的最高转速为12000r／min，对应主轴频率为参考文献200Hz，比主轴固

7、有频率对应的最小转速小很多，所以[1]张伯霖，张庆懂，陈长年．高速切削技术及应用[M]．北京：主轴在高速运转时不会产生共振现象，主轴的工作状机械工业出版社．2009．态是安全的。[2]解文志．高速电主轴动静态特性的有限元分析[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学．2006．3主轴谐响应特性分析[3]秦军军，尹阳．加工中心电主轴结构设计及性能分析[D]．在实际工作中，主轴所受的载荷是动态变化的，主成都：西华大学，2012．轴在动态载荷下的抗振能力更能体现出主轴动态性能[4]张志礼，张义民．数控机床性能分析和可靠性设计[M]．北的优劣，因此有必要对主轴进行谐响应