基于传递矩阵法的滚刀主轴动态特性分析.pdf

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1、2012年7月机床与液压Ju1．2012第40卷第13期MACHINETOOL＆HYDRAULICSVo1．40No．13DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．13．004基于传递矩阵法的滚刀主轴动态特性分析黄强，李晓飞(重庆理工大学汽车学院，重庆400050)摘要：机床主轴的动态特性直接影响机床的加工质量、效率和稳定性。针对直驱式滚刀主轴的结构特点，应用传递矩阵法对该主轴系统中各个典型单元的状态进行了数学描述，并建立了该主轴系统的传递矩阵方程。通过Matlab编程求解出系统的固有频率和切削点的振幅，并着重分

2、析了该主轴系统的主要设计参数对系统动态性能的影响规律，为主轴系统动态设计及优化提供了理论依据。关键词：传递矩阵；电主轴；动态特性中图分类号：TG502．14文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)13—012—4AnalysisonDynamicCharacteristicsoftheHobSpindleBasedonTransferMatrixHUANGQiang．LIXiaofei(CollegeofAutomobile，ChongqingInstituteofTechnology，Chongqing400050，Chi

3、na)Abstract：Thedynamiccharactersofthespindleofthemachinedirectlyinfluencetheprocessingquality，efficiencyandstabili—ty．Aimingatthestructurecharactersofthedirectdrivehobspindle，transmitsmatrixmethodwasappliedtogivemathematicalde—seriptiononthestateofeachtypicalunitofthisspi

4、ndlesystem，andthetransfermatrixequationwasbuilt．ThroughMatlabprogram—ming，thenaturalfrequenciesandtheamp1itudesofthecuttingpointwerecalculated．Theinfluenceregularitiesaboutseveralimpor—tantdesignparametersonthesystemdynamicperformancewereinvestigated．Itprovidesatheoretica

5、lbasisfordynamicdesignandop—timizationofthisspindlesystem．Keywords：Transfermatrix；Motorspindle；Dynamiccharacteristics电主轴以其结构紧凑、质量轻、惯性小、转速高轴技术的滚齿机滚刀主轴系统为对象，研究该系统的以及控制方便等特点而被广泛应用于现代切削机床传递矩阵模型及特点，并介绍依托该模型分析系统动中。电主轴动态特性的好坏，将直接影响机床的加工态特性的方法。质量、效率和切削稳定性，针对性的研究工作也因此1主轴系统模型简化，而得到

6、充分的重视。黄强等人通过建模分析与实主轴系统是一个质量连续分布的弹性阶梯轴，具验研究，明确指出了机床的最终执行部件为抗颤振设有无限个自由度。计算时必须将它离散成带有若干集中圆盘(质量)的多自由度系统。该项工作的重计的最关键部件；ERTURKA等对主轴部件相邻零点是使简化后的模型尽可能接近真实系统。件间的动柔度耦合模型进行了深入研究；SOLIS等图1(a)是国内第一台采用电主轴技术的高性能提出了一种分析与实验相结合的主轴部件稳定性研究滚齿机YK3610的滚刀主轴系统示意图，轴上装有编方法；OSAMU等在主轴设计专家系统中重点建立码器、轴承、

7、转子等元件。采用传递矩阵法首先需要了抗振性分析及设计模块等。目前最常用的动态分析将系统等效成一根变直径轴，等效原则是保证系统质方法为有限元法，并已取得了诸多成果。有限元法计量及抗弯刚度不变，等效系统如图1(b)所示。算精度较高，但占用存储空间大，计算速度慢，在分由于整个轴系的固有频率和振型与系统的质量分析设计参数对系统动态特性的影响规律时，由于需要布有关，因此，在简化后模型的质量分布情况应尽量不断改变设计参数，工作量很大的有限元模型的修改接近原来的转轴。理论上节点越多越接近实际情况，和再分析将极大地降低分析效率。传递矩阵法解法简但分段过多

8、计算就越复杂，计算误差也随之增大，一捷，占用储存空间小，计算速度快，更为关键的是该般节点总数Ⅳ应满足如下关系⋯：Ⅳ≥1+5．34r，其方法易于编程实现，所以比较适合电主轴这样具有链中r为要求计