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高速加工中心电主轴的静动态特性分析

温得英  
【摘要】:随着现代制造技术向高精度、高效率及高速化的方向发展,数控机床用电主轴已成为目前发展的普遍趋势,对其性能也提出越来越高的要求:继续向高速度、高刚度方向发展;向高速大功率、低速大转矩方向发展;进一步向高精度、高可靠性和延长工作寿命等方向发展。作为数控机床核心功能部件之一的电主轴,成为影响和制约上述发展方向的重要因素,因此,研究电主轴系统的静动态特性分析为数控机床的发展奠定基础,本文研究主要内容如下: (1)从设计电主轴应考虑的问题出发,确定电主轴的基本参数及其结构,合理选择轴承及确定轴承的支撑形式,进一步确定轴承预紧方式,主轴的冷却方式、润滑方式等。 (2)应用机械动力学原理,建立符合高速主轴单元的动力学微分方程,通过求解得到固有频率和振型,分析影响电主轴静动态特性的主要因素。 (3)应用ANSYS软件对电主轴单元进行了模态分析和谐响应分析。模态分析得到了电主轴的各阶振型和固有频率,以及临界转速;谐响应分析得到电主轴前端对频率的响应位移曲线,并提出改善电主轴动态特性的措施。 (4)通过电主轴静动刚度特性实验,分析了电主轴径向静刚度较高的原因和在高速状态下主轴部件动刚度增加的原因。


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