数控铣床主轴系统动态刚度可靠性概率设计.pdf

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1、设计与研究·组合机床与自动化加工技术文章编号：1001—2265(2010)02—0012—04数控铣床主轴系统动态刚度可靠性概率设计木钱学毅(武夷学院电子工程系，福建武夷山354300)摘要：针对数控铣床主轴系统是在变化复杂的、非简谐力的激励下振动，而与该振动特性密切相关的主轴滚动轴承的刚度又不是一个定值，而是载荷的函数的特点，以某数控铣床主轴系统为研究对象，基于概率有限元理论、瞬态响应有限元分析理论及轴承动刚度理论，将有限元分析软件ANSYS10．0中的瞬态响应分析方法与Monto．Carlo模拟

2、方法相结合，对机床主轴系统进行了动刚度可靠性概率有限元计算，得出了在主轴系统中，对其动刚度影响最为敏感的几何因素是主轴前支承处的半径，其次是主轴前端半径以及对主轴系统动刚度影响最为敏感的刀具因素是铣刀杆的悬伸量，其次是铣刀杆半径的结论。关键词：主轴系统；动刚度；概率有限元分析；可靠性设计；Monto．Carlo模拟中图分类号：TG540．214文献标识码：ATheDesignofReliableProbabilityforDynamicStiffnessofNumericalControlMillin

3、gMachine’sSpindleSystemQIANXue-yi(DepartmentofElectronEngineer，WuyiUniversity，WuyishanFujian354300，China)Abstract：Numericalcontrolmillingmachine’sspindlesystemvibratesunderanon-harmonicforcepowerwithintricatechanges，andthat，thestiffnessofspindlerollingb

4、earingwhichiscloselyrelatedtothecharacter。isticofvibrationisnotafixedvalue，butafunctionofload．Withthefiniteelementtheoryofprobability．finiteelementoftransientresponseandbearingf'Lxedstiffnesstheory，thisarticlecalculatedthereliableprobabilityfordynamicst

5、iffnessofthemachinetool’sspindlesystemonthebasisofthecombinationfortransientre-sponseanalyticalmethodoftheanalysisoffiniteelementsoftwareANSY10．0andMonto-Carlostimulantmethod，andconcludestwopointsasfollows，firstly，inthespindlesystem，atthefront-supportra

6、diusofspindleisthemostsensitivegeometricalfactorfortheimpactofdynamicstiffnessandthefront-endradiusofthespindleisasecondaryfactor．Secondly，thesuspendmeteringofmillingtoolhaulmisthemostsensitivetoolfactorfortheimpactofdynamicstiffnessandtheradiusofmillin

7、gtoolhaulmisthesecondaryfactorinthespindlesystem．Keywords：spindlesystem；dynamicstiffness；analysisofthefiniteelementofprobability；reliabilitydesign；Monto．Carlosimulation然而，每台机床的输人参数(几何参数、瞬态载荷等)实0引言际上都存在着不确定性，即存在着很大的统计随机性。数控铣床主轴系统的动态刚度是影响机床工作性输入参数的统计随机性必然

8、对输出参数产生影响。为能的主要因素之一。铣床主轴系统是在变化复杂的、了解决这类问题，近十年来发展起来的概率有限元法非简谐力的激励下振动。而与该振动特性密切相关的(PFEM)是解决不确定性的输人参数对输出结果参数主轴滚动轴承的刚度又不是一个定值，而是载荷的函的影响方式和影响程度问题的一种有效方法。数。在常规的刚度设计中，通常是基于确定性的输入目前，普遍使用的概率有限元法有三种：①摄动概参数，如几何结构拓朴形状和尺寸是确定的，载荷也是率有限元法(FSFEM)