数控管螺纹车床主轴单元动态特性分析.pdf

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1、第5期(总第129期)机械管理开发2012年l0月No_5(SUMNo．129)MECHANICALMANAGEMENTANDDEVEL0PMENT0ct．2012数控管螺纹车床主轴单元动态特性分析杨威，张伟，李运生(1．安阳工学院；2．安阳鑫盛机床股份有限公司，河南安阳455000)摘要：建立了数控管螺纹车床主轴单元的三维模型，应用有限元法对其进行静态及动态特性分析。获得了主轴单元的模态和谐响应特性，分析了主轴的固有频率，分析结果为主轴的优化和结构改进提供了参考依据。关键词：数控管螺纹车床；主轴单元；动态特性分析中图分类号：TG

2、502．14文献标识码：A文章编号：1003—773X(2012)05—0014—020引言表1主轴单元前十阶固有频率数控管螺纹车床是为油田管螺纹的车削而开发设lr数l一阶l二阶l三阶J-四阶l五阶Il固有频率／Hzl108．02I108．54l116．33l188．19l204．92I计的，适合于各类管螺纹的车削。其主轴的输出特性好坏直接影响机床能否高效高精度地工作，因此，进行将主轴的固有频率化为临界转速，如表2所示。主轴单元的动态特性分析与研究是非常必要的。通过表2固有频率和临界转速对主轴的模态分析研究其结构的合理性及对机床加

3、工l塑皇些I：l!!：竺I精度的影响，并对相关主要部件进行优化设计，使其满堕墨茎堕!l兰!l：兰I足机床对加工质量和精度的要求”’21。主轴最高转速为320r／rain，由表2可以看出，工作1数控车床主轴结构转速大大低于临界转速，即工作时已避开共振区，不会主轴前支承采用内锥孔双列圆柱滚子轴承来承受发生共振。径向力，提高主轴的径向刚度和主轴回转精度，采用两3．2主轴谐响应分析个推力球轴承来承受轴向力，降低主轴轴向窜动量，提在切削加工中，主轴会受到周期性激振力的作用，高主轴轴向刚度。后支承采用内锥孔双列圆柱滚子轴当该激振频率同主轴固有

4、频率重合时即出现共振现承，起到径向支承作用，主轴结构见图1。象。谐响应分析用于周期性连续载荷作用在结构上产3生周期性响应的情况，其目的就是确定机械结构在激、、振力频率下的位移响应和应力响应。逝在主轴谐响应的分析中，激振力采用9．8N，加在uY方向，频率范围0-500Hz，计算在主轴一阶固有频_●率附近的响应，计算结果如图2所示。●-_睡一丝l一内锥孔双列圆柱滚子轴承；2-推力球轴承；^3一内锥孔双列圆柱滚子轴承图1主轴结构示意图l2建立有限元模型f选用三维实体单元来描述主轴结构，使其能够尽^量准确地反映主轴的实际情况。鉴于主轴轴向

5、刚度较／巍L—(f．＼～大，阻尼对横向振动特性影响很小，所以在建立有限元模型中，只考虑径向刚度的影响，对轴承采用弹簧一阻尼单元来模拟。选用两组弹簧阻尼单元模型，其位置图2主轴部件前端径向响应幅频曲线分别取前后两个内锥孔圆柱滚子轴承的中截面处，利由分析结果可知，在频率为108Hz以及252Hz时用四个同截面圆周方向均匀分布的弹簧一阻尼单元来振幅显示为峰值，且在频率为252Hz的情况下变形最做模拟。大，其对主轴的性能影响也最大。由于工作最高转速3分析计算结果远低于频率为108Hz时对应的转速，所以不会发生3．1模态分析结果共振。设置要

6、提取的模态阶数为5，模态提取范围设置4结论为0一l000Hz。经过求解，主轴单元前五阶固有频以QKA1235数控管螺纹车床为研究对象，建立了率，如表1所示。(下转第16页)收稿日期：2012—05—07作者简介：杨威(1984一)，男，河南汤阴人，助教，硕士，研究方向：智能精密加工。·14·第5期(总第129期)机械管理开发度和芯部韧性。故选用20Cr材料。热处理工艺采用类问题发生。渗碳+淬火+低温回火。根据机床齿轮的工作状态，属齿轮打齿及齿轮变形的情况则是由于热处理不于重载齿轮，故渗碳层取0．9mm。渗碳后表面含碳量当引起的。实

7、际生产中小尺寸的渗碳钢齿轮易发生断提高，表面硬度要求58(59)HRC；芯部硬度可达30～齿现象，需要进行渗碳的齿轮，若渗碳层过大，则会导45HRC，保证了足够的强度和韧性。致齿轮芯部硬度过高，韧性不足，导致断齿现象的发表1齿轮材料及热处理方式生。齿轮变形则是由于表面硬度不够造成的，检测变编号材料热处理方式形齿轮发现变形齿轮硬度低于图纸要求硬度，严格控l40Cr齿部G48制热处理丁艺后症状没有再发生。由上述可见，240Cr齿部G48TPX619B产品的齿轮材料和热处理与其运行1二况是34OCr齿部G48440Cr齿部G48相符的，

8、能满足机床工作需要。540CrSO．9一C583结束语640CrSO．9一C58虽然齿轮设计在机床设计工作中的数量在减少，740CrSO．9一C59但随着电气技术的提高对齿轮提出的要求也相应提840CrSO．9一C58940Cr齿部G48高，从我国