坐标镗床主轴力学特性的有限元分析.pdf

2009年8月机床与液压Aug2009
第37卷第8期MACHINETOOL&HYDRAULICSVol37No8

DOI:10.3969/jissn1001-3881200908074
坐标镗床主轴力学特性的有限元分析

谭加才,傅彩明,康颖安
(湖南工程学院机械工程系,湖南湘潭411101)

摘要:建立了某坐标镗床主轴的实体模型,计算了在计算转速下的受力参数,依据实际载荷和边界条件,建立了有限
元分析模型,分析了主轴在加工过程中的变形、应力和固有振动参数。分析结果表明,现有主轴力学性能满足要求。依据
有限元分析结果,提出了减小机床加工误差的方法。
关键词:力学特性;镗床;有限元
中图分类号:TH1332文献标识码:A文章编号:1001-3881(2009)8-228-2
FiniteElementAnalysisoftheForceCharacteristicsofJigBorerSpindle
TANJiaca,iFUCaiming,KANGYingan
(DepartmentofMechanicsEngineering,HunanInstituteofEngineering,XiangtanHunan411101,China)
Abstract:Thesolidmodelofakindofjigborerspindlewasestablished.Theforceparameterswerecalculated.Usingtheactual
forceandboundaryconditions,amodelforfiniteelementanalysisofborerspindlewasobtained.Thedistortion,stressesandvibra
tionofthespindlewereanalyzed.Theresultsshowthatthestrengthandrigidityofthespindlesatisfythedesignrequirement.Several
methodstoreducethemachiningerrorsweresuggested.
Keywords:Mechanicscharacter;Jigborer;Finiteelement

机床主轴结构复杂,采用经验公式进行验算,不列圆锥滚子轴承。
仅计算复杂,而且存在较大计算误差。采用有限元分12受力参数
析法,将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连主轴在加工过程中,以最低转速传动全功率时力
单元组成,对每一单元假定一个合适的(较简单的)
学特性最差,该机床的最低转速为nmin=700r/min。
近似解,然后推导求解这个域总的满足条件(如结根据P=2000W,则
构的平衡条件),从而得到问题的解。这种方法不仅
Tmax=9550P/nmin=273NM
计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行镗刀径向力的计算可根据公式F=kafk计算。
cpfkc
之有效的工程分析手段[1-2]。
取背吃刀量ap=25mm,进给量f=051mm/r,
坐标镗床是高精度机床的一种,主要应用于加工2
查工艺手册知道单位切削力kc=1962N/mm,进给
相互位置精度很高的孔系零件。作者以某国产坐标镗[3]
量对单位切削力的影响修正系数fkfk=0925,求
床为例,建立了镗床主轴(包括主轴)的有限元模c
得径向力为
型,并进行了力学特性分析。
F=kafk=2314N
1镗杆分析模型cpfkc
轴向力则为
11主轴基本结构与工作原理
Ff=(Ff/Fc)FckrFf=9481N
13有限元分析模型
利用Pro/E,建立主轴、镗杆的实体模型,采用
图1主轴基本结构实体单元进行有限元网络划分,得到14776个单元,
图1为机床的主轴结构简图,变速箱传来的运动25648个节点。利用弹簧-阻尼单元模拟轴承支承。
通过花键套与主轴右端相连,带动主轴转动,主轴箱主轴为两支承结构,在左端轴承处,施加X、Y、
传来的运动通过主轴套带动主轴作轴向进给。主轴左Z3个方向的约束。在右端轴承处,轴承内圈端面与
端通过莫氏锥度与镗杆联接。前支承采用B3707型主轴轴肩之间存在一定的间隙,所以保留轴向的移动
的专用双列圆锥滚子轴承,后支承为B3706专用单自由度,其它自由度则施加约束。

收稿日期:2008-07-05
作者简介:谭加才(1969),男,汉族,湖南衡阳人,硕士,副教授,主要研究方向为CAD/CAE。电话:[phone],
E-mai:ljxxcad@cnyahoocom。
第8期谭加才等:坐标镗床主轴力学特性的有限元分析229

略去