卧式加工中心主轴静刚度特性的试验研究.pdf

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1、精密制造与自动化2011年第3期卧式加工中心主轴静刚度特性的试验研究术仇健李晓飞刘志强马晓波(1．沈阳机床(集团)有限责任公司沈阳110142；2．沈阳北方交通重工集团沈阳l10001)摘要介绍了卧式数控加工中心主轴的静刚度特性所开展的试验研究。根据预加载荷测得的静刚度试验数据，应用最小二乘法拟合得到主轴在加载和卸载时的静刚度曲线。研究后发现，主轴卸载刚度大于加载刚度；相同结构尺寸机床，主轴最高转速低的机床主轴静刚度要高于主轴最高转速高的机床；相同最高转速和结构的机床，尺寸大的机床主轴静刚度要高于尺寸小的机床；采用电主轴结构

2、的机床主轴静刚度要高于同类型采用机械式主轴结构的机床。研究结果可以对国产卧式加工中心改善主轴部件静刚度设计提供参考。关键词卧式数控加工中心主轴静刚度预加载荷数控机床主轴是整个机床的核心部件，对于卧隔500N加载一次，直到负载达到3000N开始卸式加工中心，它带动刀具实现切削运动，因此主轴载，同样每隔500N卸载一次直至全部卸载，分别部件的精度、静刚度、抗振和热变形能力对加工质记录不同负载下的加卸载主轴变形量；同理可得’，量有直接影响。主轴静刚度是数控机床最基本的性向变形量；z向测试已知力在检棒轴线处加力，读能，而主轴的抗振性

3、和热变形与动刚度和热刚度有取z向变形量，并且令千分表表针与支架顶部孔轴关。数控机床既要完成粗加工又要完成精加工，因线组成的平面与X-Y平面垂直，记录不同载荷下的此，对主轴逐渐刚度要求较高，研究其静刚度特性变形量。对于提高整机性能影响很大。数控机床主轴刚度主要反映主轴抵抗外载荷的能力。其影响因素众多，包括主轴尺寸形状，轴承型号、数量和配置形式，前后支承距离，主轴悬伸长度以及传动形式等。本文针对多种形式主轴的一系列卧式数控加工中心开展静刚度特性研究，找出最佳的主轴刚度配置。1静刚度测试试验仪器包括：永正称重传感器101BH，精度

4、C3，量程5000N，用于对主轴施加已知静载荷力；千分表，精度0．001mln，用于测量主轴在力负载下的图1主轴静刚度测试仪器布变形量；标准检棒，承受已知载荷。测试如图1所示，以向静刚度测试为例，将2计算分析千分表置于主轴端部，并使干分表的表针与支架侧主轴静刚度函数为向孔轴线位于同一水平面，调整y坐标，同时_』．Fl=aldl—b(1)观察千分表读数，使主轴轴线与千分表表针位于同【=du-b一水平面；在检棒端部加力，读取向变形量，每式(1)中，al、a、bl、b分别为加载和卸载时的刚度和拟合曲线截距。木“高档数控机床与基础制

5、造装备”科技重大专项课题(编号：2010ZX04016—011)对机床各方向进行测量，获得机床3方向的静9精密制造与自动化2011年第3期刚度采样点，拟合得静刚度表达式(见表1)和拟r；／蠹合曲线，如图2所示。可以看出各组测试获得的静j，一刚度曲线都为直线，并且拟合精度很高。』三’：一i，i％‘盎4o盎∞唁∞6。Jz向变形／m表1各种卧式加工中心主轴静刚度亨向静刚度曲线型号方向加载静刚度卸载静刚度}X=3．2785fi~+2．4675--3．50146u一18．8155一／．’I1厦’f80cy=3．344861+1．871

6、9=3．425O一10．2431}i50+苇1∞Z=9．0944fi1+6．4388F9．73926u一19．7402X向变形，milY向~]B／mmz向变／g／m]nX=3．707661+9．4283=3．9473氏-19．665(e)50h机床三方向静刚度曲线80ey=3．7296g1+6．8193Fu=3．96466u-21．2590图2各种卧式加工中心主轴静刚度曲线ZFt=9．30866~+3．6726Fu=9．78836u一30．5580X=3．47206l+1．9449=3．59496u一16．394450机床工

7、作台尺寸为500mmX500mm，可承受均布载荷5000N；63工作台尺寸630mlYlX63ey月=3．546161+3．8482=3．66336u·23．2241630mm，可承载12000N；80工作台尺寸800mmXZ=5．614161+8．4445Fu=5．74366u一7．9491800mm，可承载20000N。X=3．707661+9．4283Fu=3．9473au一19．6652从图3中可以看出同样是型号80的机床，e系50ey只=3．61156p2．4458Fu=3．71606u一12．7078O8蓐4O列

8、各轴刚度都要大于c系列；同样是型号50，h系Z=4．039561+1．1142=4．23626u一21．5661列各轴都要远大于e系列，说明h系列是三种系列x=3．738061-0．5860Fu=3．83746U-15．5547中刚性最好的，而c系列最差。再由e系列中不同50hyFj=4．