gsvm5030l3铣削加工中心主轴部件动态特性分析

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1、摘要摘要机床结构动、静态特性的研究已经成为当今机床行业中的重要环节之一，由于计算机计算能力的不断提高，目前应用有限元法研究机床整机或部件的动、静态性能是当前优化并改进现有机床结构、设计开发机床新产品的新方法。主轴部件是数控机床的关键部件，直接参与切削加工。主轴部件的结构、动态特性在很大程度上决定了数控机床的切削能力和加工质量，也是影响其加工精度的重要因素。主轴部件刚度的研究和支承结构的优化，对于进一步提高数控机床的工作性能有十分重要的意义。本文采用有限元分析方法和试验分析方法，对GSVM5030L3铣削加工中心主轴部件进行动态特性分析，具体包括：1．对主轴部件进行合理简化，考虑了轴上零

2、件的附加质量、约束条件，合理确定单元类型及形态，正确处理主轴与轴承结合部问题，分析了轴承的径向刚度和轴向刚度对机床动态特性的影响，建立了结合部等效动力学模型。由于前轴承既承受径向力又承受轴向力，因此将前支承等效为四个径向弹簧一阻尼单元和四个轴向弹簧一阻尼单元；后轴承只承受径向力，因此等效为四个径向弹簧一阻尼单元。由于考虑了主轴的附加质量和轴承的轴向刚度，使所建立的动力学模型更精确。2．使用ANSYS软件对主轴系统的动态特性进行有限元分析，得到了主轴系统前12阶模态固有频率和振型。分别对主轴系统进行轴向和径向两个方向谐响应分析，分析结果以幅频响应曲线的形式体现，最终获得主轴系统的前三阶模

3、态附近的响应曲线。由分析结果可知，主轴的工作区间能有效避开共振区。分析铣刀切入切出时切削力的变化情况和影响规律，对主轴系统进行瞬态响应分析，得到主轴系统时域响应特性。3．分析了轴承跨距对主轴径向刚度的影响，利用传统计算方法和卡丹公式法得到了机床主轴的最优跨距，并利用ANSYS进行了不同跨距下主轴有限元模态分析，得出跨距改变量对主轴动态特性的影响规律。4．对机床物理样机进行工作模态试验，分别在机床100r／min、200r／rain、广东工业大学硕士学位论文300r／min、600r／min和1000r／min五种工况下进行了工作模态分析，得到了这五种转速下机床的固有频率和响应幅值。对试

4、验结果和有限元分析结果进行对比分析，结果表明，所建立的主轴系统有限元模型和分析结果是准确的，可以作为今后主轴部件的设计参考。关键词：主轴部件；动态特性；有限元法ABSTRACTThestudyondynamicandstaticcharacteristlcsofmachinetoolshasbeenanimportantsubjeetinmachinetoolindustrynowadays．Alongwiththeincreasingcapacityofcomputer，thefiniteelementmethodhasbeenanewwaytoresearchthedynamica

5、ndstaticcharacteristicofthewholeorpartofmachinetool，todesignanddevelopnewtypesofmachinetools．Thespindleisakeycomponentofmachinetool，ofwhichthedynamicandstaticcharacteristicsnotonlydecidethecuttingcapabilityandmachiningqualityofmachinetoolstosomeextent，butalsoisanimportantfactorinfluencingthemach

6、iningprecision．Researchingthestiffnessandoptimizingthesupportingstructureofspindleshasaprofoundsignificancefortheimprovementofcapabilitiesofmachinetools．Thisthesis，basedonthecombinedmethodoffiniteelementsandexperiments，hasanalyzedthedynamicandstaticcharacteristicofthespindleofamachiningcenter，an

7、ddetailsofstudiesareasfollows：1．Reasonablysimplifyingthemodelofthespindlewithaconsiderationabouttheattachedmassandtheconstraintsonit；Makingsuretheunittypesandconngurations；handlingtheissuesaboutthelinkofthebearingandthespind