高速电主轴动刚度的计算与测试方法.pdf

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1、数控加工技术现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2016年第5期高速电主轴动刚度的计算与测试方法+金翔，李蓓智(东华大学机械工程学院，上海201620)摘要：为了考察高速砂轮主轴在高速运转下的动态特性，构建了基于角接触球轴承的拟静力学数值模型的电主轴支撑刚度的计算方法，并设计了基于工作转速下的高速砂轮主轴动态支撑力、相对位移的动刚度测试方法，搭建了高速砂轮电主轴动刚度的测试平台。研究分析了高转速精密机床中使用的HCBTl902．C-T．P4S高速角接触球轴承在不同预紧力下动刚度随转速变化的规律。在选择轻预紧l

2、lN下，实验测试结果与计算所得支撑刚度保持一致，当转速超过50000r／min后径向动刚度趋于稳定在180N／tLm左右。高速电主轴支撑刚度的变化规律研究为改善精密机床工作性能提供了重要的理论基础。关键词：角接触球轴承；电主轴系统；转速；动刚度中图分类号：TH212；TH213．3文献标志码：A文章编号：1671_3133(2016)05—0040—07DOI：10．16731／i．cnki．1671—3133．2016．05．009Studiesonthedynamicstiffnessofhighspeedspindlesupportingco

3、mponentsJinXiang．LiBeizhi(CoUegeofMechanicalEngineering，DonghuaUniversity，Shanghai201620，China)Abstract：Thestudyofdynamiccharacteristicsofspindlesystempresentssomeengineeringsignificancetotheapplicationofllish·gradeCNCmachinetools．Theeffectofvaryingpreloadonthedynamicstiffness

4、ofanansularcontactballbearingWaSstud-iedunderdifferentmtafingconditions．Inordertogaintheperformanceofhish-speedgrindingspindleunit’8supportingcompo-nents，atestplatformwasconstructedtomeasurethedynamicstiffness．TocalculatethestiffnessofbearingHCB71902-C-T—P4S，aquasi—staticsmode

5、lwasestablished．Theexperimentsresultcoincideswiththesimulationwell．Thedynamicstiffnessofthesup-portingcomponentstendstosteady，about180N／p。m，atmorethan50000r／min，andthepreloadtothebearingisllN．Keywords：angularcontactballbearing；motorizedspindlesystem；speed；dynamicstiffness0引言高档

6、数控装备技术拥有其高速、高效、高精度及高可靠性的特点，已成为现代数控机床发展的主要趋势。高速电主轴又是保证机床工作性能和加工质量的核心功能部件⋯。砂轮主轴的大部分跳动和振动源于其轴承支撑部件，故研究电主轴系统转子支撑的动力学性能参数变得尤为重要。目前大部分国外精密磨床电主轴使用的都是高速精密角接触滚动轴承，在其高速运行时表现出极为复杂的动力学特征。滚动轴承的内部受力理论基础主要是文献[2]和文献[3]建立的滚动轴承动态拟静力学平衡模型。文·国家863计划基金项目(2012AA041309)40献[4]又基于J&H模型分析研究了高速运转下不同预紧的滚

7、动轴承内部动力状态及对轴承动刚度的影响规律。文献[5]通过建立主轴一轴承一刀具模型预测了支撑部件的刚度及模态参数。在动刚度试验方面文献[6]研究了滚动轴承动力特性的直接和间接测试方法。文献[7]设计测试装置研究预紧力对轴承刚度与阻尼的影响规律。本文则以某高速微纳米磨床使用的电主轴作为研究对象，基于J&H的高速轴承计算模型，对电主轴支撑部件动刚度的影响因素进行综合分析，并通过测试高速电主轴在特定条件下的径向支撑动刚度值完成对数值计算结果的验证。金翔，等：高速电主轴动刚度的计算与测试方法2016年第5期1高速电主轴支撑动刚度计算滚动轴承在低速或静止的状

8、态下时，轴承内部滚动体与内、外圈滚道的接触方式可以认为是由于材料弹性变形产生载荷之间的拟静力学问题。但是当滚动轴承达到高速