基于ANSYS的铣削电主轴静动态性能分析.pdf

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1、基于ANSYS的铣削电主轴静动态性能分析张行①陶征①张安清②汪玉平②刘德平①(①郑州大学机电一体化研究所，河南郑州450001；②安阳鑫盛机床股份有限公司，河南安阳455000)摘要：以安阳鑫盛机床股份有限公司生产的CXll0100立式车铣复合加工中心铣削电主轴为对象，研究了建立铣削电主轴部件有限元模型的方法，以及采用弹簧阻尼单元模拟主轴轴承支撑的方法。并在ANSYS分析软件中对主轴部件进行了静力学分析、模态分析以及谐响应分析等。为主轴优化设计和再制造设计打下了基础。关键词：电主轴有限元分析ANSYS动态性能中图

2、分类号：TG5O2．14文献标识码：AStaticandDynamicCharacteristicAnalysisofMillingMotorizedSpindleBasedonANSYSZHANGHang，TAOZheng，ZHANGAnqing②WANGYuping②LIUDeping①，。(@MechatronicsInstitute，ZhengzhouUniversity，Zhengzhoa450001，CHN；(~)AnyangXinshengMachineToolCo．，Ltd．，Anyang4550

3、00，CHN)Abstract：TakingthemillingmotorizedspindleofCXI10100producedbyAnyangXinshengMachineToolCo．，Ltd．asanexample，studingthemethodoffiniteelementmodelingandthemethodofspring-damperel-ementsimulationspindlebearingsuppo~．Thestaticanalysis，modelanalysisandharmoni

4、cresponsea—nalysisweredonebymeansofANSYS．Itlaysabaseforoptimaldesignandremanufacturing．Keywords：MotorizedSpindle；FiniteElementAnalysis；ANSYS；DynamicCharacteristicCX系列立式车铣复合加工中心是国家“高档数(Z轴)≥60m／rain。图l为该车铣复合加工中控机床与基础制造装备”科技重大专项课题之一，是心摆动铣头的虚拟装配图。国家重点攻关项目。该系列产品研制

5、成功，实现规模铣削电主轴结构如图化制造后，将为我国军工、航天、汽车、医疗机械等行业2所示，为了适应高速加工的发展开辟国内选择的新途径，为国内机床出口创汇的要求，主轴刀具接口为增加新的亮点。HSK。主轴部件由前后两高速电主轴是实现机床高速化的重要部件，它的套角接触球轴承支承。轴性能在一定程度上决定了加工机床的整体发展水平，承为德国FAG公司生产的因此高速加工机床对电主轴的技术指标有着苛刻的要XCB系列超精密主轴轴图1摆动铣头装配图求，使其不同于传统的主轴系统，其安全性和可靠性等承。为了减小主轴轴向窜动态性能也成为结

6、构设计和机床运行中的首要问题。动量，提高轴向刚度，主轴前后支承处的角接触球轴承对高速电主轴的研究具有重要的理论和现实意义。均采用背靠背的安装方式。1摆动铣头及其主轴结构2有限元模型的建立以安阳鑫盛机床股份有限公司生产的CX110100由图2町知，高速铣削电主轴是一个结构复杂的立式车铣复合加工中心的摆动铣头为研究对象。电主系统，因此很难对其建立一个准确的解析动力学模型。轴的最高转速≥12000r／min，进给系统的快移速度鉴于上述原因以及有限元理论分析的特点，在本文中$国家重大科技专项“CX系列立式车铣复合加中心高

7、速条件下机床性能研究”(编号：2009ZX04001—033)；￡uI1年幂等I朋DesignandResearch设计与研究选择基于ANSYS有限元分析软件对高速铣削主轴进40Cr，其参数为：杨氏模量E=206GPa；密度P=7900行有限元建模并进行相关分析。在电主轴系统有限元kg／m；泊松比=0．3。在ANSYS分析软件中赋给模建模过程中，对主轴实体模型进行了必要的简化，忽略型材料号，计算得主轴模了螺纹、退刀槽、倒角、圆角等局部细节特征。在轴承的质量为28．5908kg。查安装的中问截面处设置弹簧阻尼单元来

8、模拟轴承的弹阅设计图纸，该主轴的质量性支承。图3为电主轴的等效动力学模型。为28．3kg，由于在建模过图5主轴及轴承的有限元模型图程中进行了必要的简化处理，所以该主轴的模型是合理的。弹簧阻尼单元COMBIN14需要输入弹簧刚度和阻尼参数，本主轴采用由德国FAG公司生产的超精密主轴轴承，轴承型号分别为XCBT017C．T．P4S和XCB7021C．T．P4S。由FAG公司提