基于ANSYSWorkbench的高速电主轴静动态性能分析.pdf

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1、第12期组合机床与自动化加工技术NO．122012年12月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueDec．2012文章编号：1001—2265(2012)12—0049—04基于ANSYSWorkbench的高速电主轴静动态性能分析文怀兴，崔康(陕西科技大学机电工程学院，西安710021)摘要：以高速加工中心电主轴为研究对象，建立了电主轴系统三维有限元模型，采用弹性支承模拟了轴承的支承，利用新一代的有限元分析软件ANSYSWorkbench对电主轴进行了静力学分析和模态

2、分析。分析结果表明：电主轴的静刚度能够满足要求；电主轴的最高工作转速远远低于其一阶临界转速，能有效避免共振的发生。从而验证了该电主轴设计的合理性，也为电主轴的优化设计以及力热耦合特性分析奠定了基础。关键词：电主轴；有限元分析；ANSYSWorkbench；静动态性能中图分类号：TH16；TG65文献标识码：AStaticandDynamicCharacteristicAnalysisofHigh-speedMotorizedSpindleBasedonANSYSWorkbenchWENHuai—xing，CUIKang(Coll

3、egeofMechanical&ElectricalEngineering，ShaanxiUniversityofScience&Technology，Xi’an710021，China)Abstract：Takingthedesignphasedhigh—speedmachiningcentermotorizedspindleastheresearchob—ject，thisarticlestudiesthemethodofbuildingthreedimensionfiniteelementmodelofthemotoriz

4、edspindlesystemandthemethodoftheelasticsupportsimulationbearingsupporting．Thenthestaticsanal—ysisandmodalanalysistomotorizedspindlearedonebyanewgenerationoffiniteelementanalysissoft—wareANSYSWorkbench．Theresultsshowthatstaticstiffnessofmotorizedspindlecanmeettherequi

5、re—mentandthehighestworkingspeedofmotorizedspindleisfarlessthanitsfirstcriticalspeed，whichcaneffectivelyavoidthehappeningofresonance．Thusitprovestherationalityofthedesignofmotorizedspindle，anditlaysabasefortheoptimizationdesignandforceheatcouplingcharacteristicsanaly

6、sisofmotorizedspindle．Keywords：motorizedspindle；finiteelementanalysis；ANSYSWorkbench；staticanddynamiccharac—teristjc分析，确定电主轴的静态变形、静刚度、固有频率及0引言振型，对于进一步提高高速加工中心的工作性能具高速加工中心将高效、高精度和高柔性集为一有十分重要的意义。这也是后续的结构优化设计及体。为了提高生产效率，改善表面加工质量，高速切力热耦合特性分析所必需的前期过程。削技术已成为先进制造技术重要的发展方向。高

7、速1电主轴主要结构及其有限元模型的建立加工中心是实现高速切削的物质基础，而高速电主轴单元则是高速加工中心的“核心”部件和技术关1．1电主轴主要结构及主轴主要参数键⋯。与传统的传动方式相比，高速电主轴使用内本文以设计的电主轴为研究对象，主轴主要参装式电机，取消了诸如齿轮、皮带等中间传动环节，数见表1。其结构示意图如图1所示，该主轴采用德实现了机床的“零传动”。国FAG公司生产的XC系列超精密主轴轴承，整个作为高速加工中心的核心功能部件，高速电主主轴支承结构采用一端固定一端游动的支承方式，轴的静动态性能在很大程度上决定了高速加工中心

8、主轴前端为固定端，后端为游动端。电动机放在前的加工质量和切削能力，也是影响其加工精度的重后轴承之间，前后2组轴承均采用串联的方式，为了要因素。因此在设计时对其进行详细的静动态性能减小主轴轴向窜动量，提高主轴刚度，主轴前后支承收稿日期：2012—02—03基金项目