数控机床主轴部件变形的有限元分析new

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1、·设计与研究·组合机床与自动化加工技术""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""文章编号：&""&$!!(（)!"")）"#$""!($"!数控机床主轴部件变形的有限元分析史安娜&，刘春时!（&*沈阳理工大学，沈阳&&""#)；!*沈阳机床集团，沈阳&&""#)）摘要：利用有限元分析方法进行优化设计，在产品设计阶段就能对主轴部件静、动态特性作出符合实际的预测，使数控机床主轴部件实现优化设计，进而提高产品一次设计成功率、缩短产品开发周期，提高数

2、控机床产品的设计水平。关键词：数控机床；主轴部件；有限元分析；优化设计中图分类号：+,()’文献标识码：-!"#"$%&’(%)%#$*#+(,-"-.#$/%01"#2(%3#"$4"-1(+5%)%#$.6$/%7879+5/"#"#:;..(./0-1213&，4056781297:!（&;.7<1=31>51:?<@9:A=BC+=，.7<1=31>&&""#)，67:13；!;.7<1=31>F3D7:1<+BBE,@B8G，.7<1=31>&&""!)，67:13）*<-$=+5$：59:1>A7<31

3、3E=H:1>9BCAI3@1B1A7<.G:1NE<51:A9A3A:D31NN=13L:DD73@3DA<@:9A:DB1A7<6O6L3D7:1:1>ABBE:1A7<9A3>1，@3:91，97B@A<1A719A31N3@NBCA7<6O6L3D7:1:

4、1>ABBE>%,?.=2-：A7<6O6L3D7:1:1>ABBE；9G:1NE<81:A，JK-，BGA:L8LN<9:>1移为基本未知量来解决实际工程问题中计算问题，对于边界条@前言件和结构形状比较复杂的数控机床主轴部件来说，是一种有效主轴部件是数控机床的重要部件，主轴部件在外力作用下的现代分析方法。将产生较大的变形，容易引起振动，不仅降低加工精度和表面质量，还会使齿轮等传动部件和轴承因不能均匀受力而恶化工作条件，主轴部件的变形对机床的加工精度，表面质量有很大的影响，为了使数控机床的主轴系统具有高刚度，振动小，变形小，噪声低

5、，良好的抵抗受迫振动和自激振动能力的动态性能，在进行结构设计时就必须考虑主轴部件的变形。国内的机床设计一般采用外推或类比法进行机床结构设计，计算结果只用于结构性能的定性分析和比较，安全系数较大，依靠以往的经验进行局部修正，无法进行优化设计，很难发挥材料的潜能，机床结构的性能也难以提高。利用有限元分析方法进行优化设计，能作出符合实际的预测并提出改进方向，提高产品一次设计成功率。A主轴部件的结构图&主轴部件结构简图&;铣刀!*主轴%*轴承组件#*隔套)*密封套(*齿轮主轴部件的结构简图如图&所示，是一个空心轴阶梯。为P*锁紧螺母Q*拉

6、刀机构组件了便于进行有限元分析，提高网格划分质量和分析速度，对主轴对于图&主轴部件采用空间Q结点的任意六面体等参元，部件必须进行一定简化，主轴部件的简化步骤如下：非协调位移模式进行有限元计算，能更好地模拟机床动力学问（&）将润滑油孔、工艺孔、键槽、螺纹孔等均按实体处理题，Q结点单元的位移模式为：（!）将各处倒角简化成直角，忽略空刀槽；Q!"$#!#%（&’!!）!!）!!）!（%）将主轴上齿轮、锁紧螺母、中间隔套、拉刀机构组件等零!’%（&’"&"%（&’#&&#"&件简化成集中质量；Q("$#(#%（&’!!）(!）(!）(（#

7、）将主轴轴承简化成弹性元件。!’%（&’"&"%（&’#&&#"&QB有限元分析方法)"$#)#%（&’!!）)%（&’"!）)%（&’#!）)!’&"&&#"&有限元法是一种数值计算方法。是根据变分原理求解数学式中：$&*$Q++++++Q结点等参元协调位移模式的形函数；物理问题的数值计算方法。有限元法采用位移法，即以结点位,&*,Q，-&*-Q，.&*.Q+++’结点的自由度；收稿日期：!""#$"%$"%作者简介：史安娜，（&’(#$），女，山东蓬莱人，沈阳理工大学机械系副教授，研究方向：数控机床主轴部件有限分析与研究。万方

8、数据·!(·#’’(年第$期·设计与研究·!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!""，#!"#""，$!"$""%%%增加的!个内部自由度。!!$