数控机床轴承预紧对主轴刚度的影响.pdf

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1、第7期组合机床与自动化加工技术NO．72013年7月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueJu1．2013文章编号：1001—2265(2013)07—0031—03数控机床轴承预紧对主轴刚度的影响木高英贤，刘洋，张允良(大连机床集团技术中心，辽宁大连116620)摘要：主轴系统的工作性能，对工件的加工质量和机床生产率均有重要影响，对轴承实行预紧，可提高主轴刚度和主轴旋转精度。文章运用ANSYS软件并结合实测研究了轴承预紧与机床主轴刚度的关系，结果表明：通过增加前端轴承预紧量在一定程度上可以改善主轴弯曲刚度，为设计主轴

2、系统提供了一定的借鉴。关键词：旋转精度；轴承预紧；主轴刚度中图分类号：TG502．14；TH133．2文献标识码：AEffectFromSpindleBearingPreloadonSpindleRigidityinCNCMachineGAOYing—xian，LIUYang，ZHANGYun—liang(CenterofTechnology，DalianMachineToolGroupCorp，DaLianLiaoning116620，China)Abstract：Spindlesystemworkperformancehasagreatimpactonthemachining

3、qualityandmachineproductivity．Spindlerigidityandrotaryaccuracycanbepromotedbythepreloadbearings．ThispaperstudiestherelationshipbetweenthepreloadedspindleanditsrigiditybyusingtheANSYSsoftwareincombinationwiththeactualresults．Theresultsshowedthat：theamoutbyincreasingthefrontbearingpreloadcanbei

4、mprovedtoacertainextent，theshaftbendingstiffness，forthedesignofthespindlesys—ternprovidesareference．Keywords：rotationalaccuracy；bearingpreload；spindlerigidity0引言1轴承刚度主轴系统是机床重要组成部分。主轴系统的工如图1，为该机床主轴的结构图，其支撑分别为作性能，对工件的加工质量和机床生产率均有重要双列圆柱滚子轴承(左)，四列角接触球轴承(右)。影响。机床的主轴刚度则是主轴重要性能之一，它反映了机床抵抗外载荷的能力。对于高精

5、密机床而言，主轴刚度对机床的性能影响则更为重要。为了提高主轴刚度，以达到提高主轴旋转精度的目的，一图1主轴结构图般都在机床主轴装配过程中，将轴承实行预紧，而机该机床的前端的支撑为四列角接触球轴承的组床主轴轴承的预紧方法详见文献[1]，预紧力的大小一般根据使用经验和通过试验决定。配轴承QBC形式，其预紧为在其两端施加预载荷Fa后，预紧后总的轴向变形为2b，外在的表现是四套轴对于预紧后，主轴的刚度无法满足要求时，增加预紧量是提高主轴刚度的途径之一。在高速机床中承承受预载荷前的端面凸出量变为0。见图2。角接触球轴承的预紧不宜过大，因此在一定范围内，预紧量的提高在多大程度上可以提高主轴刚

6、度，主轴刚度不够时，是否有必要通过增加预紧量来加大主轴的刚性。陈洁清等人-z刮从滚动轴承角度定I+6+6性的分析了预紧对主轴动态性能的影响。而本文针对大连机床厂某型机床的主轴，运用ANSYS软件并图2QBC轴承的预紧结合实测研究了预紧与机床主轴刚度的关系。通过对单列角接触球轴承的受力分析，利用赫兹接触理论可求出组配轴承的径向刚度值的表达式收稿日期：2013—0l一28；修回日期：2013—03—05}基金项目：高档数控机床与基础制造装备科技重大专项(2011ZX04002—161)作者简介：高英贤(1986一)，男，辽宁大连人，大连机床集团技术中心工程师，主要从事重型数控机床，车

7、铣复合加工中心机床的设计及研究，(E—mail)yingxian99@163．com。·32·组合机床与自动化加工技术第7期如下：=÷小K⋯s2a。sin·了Z(1)通过式(1)和_NsK轴承手册，计算了球轴承在微预紧到轻度预紧(200N-1464N)的刚度值：如图5。式中：K一等效刚度系数，详见，N／ram；～轴承列数，这里i=4；O／一预紧后轴承的接触角；6。——预紧后轴承轴向位移，Film，这里6=2b；一单个轴承滚子数。对于双列圆柱滚子轴承，预紧方式是在径向上对其预紧，即