三轴卧式加工中心主轴静刚度仿真与试验研究.pdf

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1、2012年8月机床与液压Aug．2012第40卷第15期MACHINETO0L&HYDRAULICSVo1．40No．15DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．15．004三轴卧式加工中心主轴静刚度仿真与试验研究仇健，刘志强，刘启伟，马晓波，林剑锋(沈阳机床(集团)有限责任公司设计研究院，辽宁沈阳110142)摘要：对卧式~JuY-中心主轴系统静刚度进行了仿真和试验研究。研究发现：经有限元方法汁算获得的结果与试验有较好的对应性；主轴静刚度在卸载时要大于加载时，卸载时主轴系统弹性恢复迟滞，并且加载曲线与卸载曲线不封闭，卸载时主轴变形恢复不到起点，进而影响加工

2、精度。因此，提高系统刚度十分必要，可通过合理设计机床主轴结构、减小主轴悬伸量、提高传动部件单位质量刚度等方法提高切削系统刚度。关键词：静刚度；主轴系统；卧式加工中心中图分类号：TG536；TH114文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)15—014—4SimulativeandExperimentalStudyonSpindleStaticStifnessof3AxisHorizontalMachiningCenterQIUJian，LIUZhiqiang，LIUQiwei，MAXiaobo，LINJianfeng(DesignandResearchInstitute，

3、ShenyangMachineTool(Group)Co．，Ltd．，ShenyangLiaoning110142，China)Abstract：Focusingononetypeofhorizontalmachiningcenter，finiteelementmethodandexperimentalstudywerecarriedon．ItisfoundstaticstiffnesscalculatedbyFEMisidenticalwithexperimentaldata．Spindlestaticstiffnessunloadingismorethanthatofloading

4、．Theelasticdeformationofspindlesystemresumesstagnantlywhenunloading．Sotheloadingcurveandunloadingcurvearenotclosed．Theelasticdeformationofspindlesystemcan’trecovertooriginwhichhasbadeffectonmachiningaccuracy．Therefore，itisnecessarytoenhancestaticstiffnessofspindlesystem．Therearesomemethodstoincr

5、easestiffnessofcuttingsystemsuchasoptimizingthestructureofspindlesystem，abatingtheelongationofspindleandincreasingthestiffnesspermassoftransmissionunit．Keywords：Staticstiffness；Spindlesystem；Horizontalmachiningcenter机床静刚度是指“切削力”与由该力所引起的1加工中心主轴系统静刚度模型刀具和工件之间相对位移的比值。由于机床是由许多加工中心主轴静刚度是指刀具与工件问在切削敏部件

6、组成的，各部件在切削力的作用下都要变形，这感方向产生单位变形所需力的大小。它是机床主轴系些变形都会导致刀具和工件之间的相对位移，故位移统抵抗外力变形的能力，是评价机床加工精度和加工量是综合量。也就是说机床刚度不能用某个零部件的效率的一个重要指标。实际加工中，在切削分力F、刚度来评定，而是指整台机床在切削力的作用下抵抗F、F作用下，刀具、夹头及主轴将分别产生微小变形的能力⋯。但是在各基础零部件中，由于刀具本偏差，包括位移偏差和扭转偏差，这些偏差在切削点身是悬臂结构，使得主轴系统的静刚度占整机静刚度处将会给加工带来精度下降、表面粗糙度恶化等不利的比重较大。因此，主轴系统的精刚度可作为评定机

7、影响。若能精确测定工艺系统刚度，对认识机床的加床质量的一项重要指标，其大小将直接影响加工精工能力，改进工艺系统的结构，进而提高机床加工精度。同时，由于静刚度对系统的抗振性、动刚度及自度和加工效率有着重要作用。激振动稳定性极限等有重要影响，并且会影响到零件加工中心主轴系统的三向静刚度可由试验测量机的加工效率与表面质量，因此，测量和评估数控机床主轴刀具端的变形量与加载力值经式(1)获得：=F／Dk=F／Dk=F／D(1)床主轴系统静刚度是研究机床动