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机床主轴部件静刚度研究与试验摘要：主轴部件是数控机床的重要组成部分其性能的好坏对机床的性能有着重要的影响。为了提高机床的设计水平将现代化的设计方法应用于机床的设计本文对数控机床主轴部件的动态性能进行研究与试验。关键词：主轴部件；静刚度前言：主轴部件是数控机床的关键部件在其前部安装工件、刀具直接参与切削加工对机床的加工精度工件表面质量和生产效率有很大的影响其性能的好坏将对机床的最终性能和加工工件的质量有非常重要的影响。据研究表明中型车床在不同频率的动载荷作用下各个部件反映在刀具与工件切削处的综合位移中主轴部件所占比例最大。1.数控机床的主轴部件常用的结构主对于数控机床的主轴部件常用的结构主要有以下几种形式：（1）对于高速高精度机床为了实现高的主轴转速采用主轴电机结构；（2）对于中等要求的数控机床采用主轴电机驱动经过减速机构驱动（采用齿轮传动和同步带传动）的专用主轴生产厂生产的主轴；（3）对于一般的数控机床（经济型数控机床）采用交流电机经过皮带传动再经过主轴变速箱体（其结构与普通机床的主轴箱有很大的不同）实现主轴的变速。数控机床的主传动无论采用上面那种结构设计人员都应该非常重视主轴部件的设计和机床主轴部件的动态性能。采用传统的设计方法在机床的物理样机制造出来之前人们不能准确知道机床及其主轴部件的动态性能需要制造出物理样机通过试验来确定一旦设计达不到要求性能一切需要重来。机床主轴的动静态特性主要就是固有频率、受力变形、临界转速、动态响应等2.轴承的刚度机床主轴支承一般都是采用滚动轴承主轴的支承刚度是最重要的参数之一它直接影响到动力学模型的精确度。刚度是主轴轴承动态性能的主要评价指标轴承的动态性能对主轴轴承系统的工作精度和抗振能力有很大的影响。对于主轴系统来说轴承的刚度影响约占40%左右。2.1轴承刚度概况轴承抵抗在外载荷作用下变形的能力称为轴承的刚性利用轴承刚度来表示轴承。刚度是轴承在某一状态下所受的外加载荷改变量与其内、外套圈之间相对位移改变量的比值。k――为轴承刚度：？驻F――为外加载荷的改变量负荷可以为力或力矩；？驻l――为内、外套圈间的位移改变量可以是线位移和角位移。轴承的状态指轴承的转速内、外圈温差预紧力以及游隙和负荷。游隙定义为一个套圈固定另一个套圈不受外负荷时沿径向或轴向从一个极限位置到另一个极限位置的移动量按照移动方向前者称为径向游隙后者称为轴向游隙。轴承滚动体与滚道间在无载荷情况下的接触为点接触或线接触承受载荷后接触面积随着载荷的增大而增大。因此轴承的刚度不是一个常数而是随着载荷的改变而改变。2.3轴承的动刚度计算根据轴承受力分析在实际工作中轴承在径向载荷F0只和弯矩M0的作用下内圈与外圈之间会产生径向相对位移δ和相对的倾角θ因此轴承的刚度可以表示为……个2×2矩阵。2.4主轴刚度计算采用ansys对主轴进行有限元分析在模型上采取三维实体单元模型在支承处限制全部自由度然后在主轴前端处施加UY方向力ANSYS分析计算后静力变形如图2.1；3.主轴静刚度试验主轴部件的动态特性主要是指其抵抗受迫振动及自激振动的能力。从现有数控加工中心的实际情况来看。抵抗受迫振动一般都没有问题而对主轴部件的研究主要是确定不产生切削自振的条件。由于切削自振频率往往接近于主轴部件横向振动的低阶固有频率所以可以认为主轴部件的低阶横向振动模态是决定其切削自振的主要模态。因而可以认为在分析主轴部件时主轴前端切削部件激振点的动柔度反映了主轴部件的抵抗能力。3.1实验原理及装置静刚度是在静力载荷下测定机床刚度方法简单易行测试结果直观。但缺点是不能反映切削过程中的载荷作用下发生的复杂情况但可以通过静刚度计算动刚度二者关系如下：式中KD―动刚度；K一当量静刚度；λ一频率比：ξ一阻尼比。可见动刚度和静刚度成正比。在试验中采用单向加载试验主要设备主要用测力计、千分表。3.2实验结果和计算试验结果如表3.1。对以上数据进行计算可以得到主轴的静刚度490N：490/1.83=267.76N/μm980N：980/3.88=252.58N/μm结论本文通过对主轴部件的静刚度试验得到了主轴部件的静刚度和动刚度对理论分析结果进行了验证。参考文献[1]杨光、王玉丹.传递矩阵法进行电主轴的动力学特性分析[J]机械设计与制造2001（