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气午
数控机床主轴部件动态特性的研究

周晓烨· 乌
沈阳工业大学田宏宇

摘要本文在对卧式数控铣镗床主轴部件结构分析的基础上,采用集中质量系建立了主
轴部件的动力学模型,在此基础上采用增广传递矩阵实化的方法建立了主轴部件的数学模型,
‘
并计算出主轴部件的固有频率,同时采用脉冲激振实验的方法加以验证。
关键词数控铣镗床主茎——丝—一糊’’‘/杠’’
数控机床动态特性是指机床所具有的情况,反映铣镗床主轴部件本质特性的动力
抗振性和稳定性。本文通过对—学模型,就成为保证所求主轴动特性具有足
型数控铣镗床主轴部件的结构分析,进行合够精度的关键。
理简化,建立起相应的动力学模型和数学模本文采用集中参数系,把主轴部件简化
型,在此基础上进行计算,确定出反映主轴部为具有若干集中质量的多自由度。平旋盘这
件动力学特性的一些参数值,为主轴部件的个集中质量同主轴部件上截面有突变处及齿
动态设计积累实用资料。同时,也为进一步轮、紧固元件支承元件等其它集中质量一
探索高速主轴部件动态特性做点初步的工样,均作为节点。‘按两层主轴处理,分别建立
作。一起空心轴和镗轴的动力学模型,如图所示。
一
、主轴部件动态特性数学模型的建立其中,空心轴支承轴承简化成既有径向支承
.动力学模型的建立刚度,径向阻尼和角向刚度,角向阻
主轴部件动力学模型的建立晨进行主尼韵弹性交承单元。而将镗轴的支承单
轴部件动态特性研究的基础。卧式数控铣镗元简化成具有径向支承刚度和径向阻尼
床主轴部件不同于其它机床主轴结构,是由,并有间隙的松支单元。平旋盘与空心轴
空心轴铣轴轴及空心轴上的齿轮:紧联接处考虑成为一个作用面,具有等效扭转
固元件、密封元件、轴承和平旋盘等多个元器刚度和扭转阻尼的等效法兰来代替。
件组成的多层次结构。因此构建符合实际
. 带平旋盘的空心辄结构
. 带平旋盘的空心轴动力学模型
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. 空心轴动力学模型
. 镗轴的结构
. 镫轴动力学模型
图数控铣键床主轴部件结构及动力学模型
.数学模型建立设‘之及:、

上,通过细化分别建立质量单元、粱段单元、各矢量对应的实部和虚部。
支承单元、松支承单元及结合面单元的动力由式可得:
学模型,如图、、、、所示。分别对这些
单元动力学模型建立力的平衡式。则得到各
单元的数学模型这些单元数学模型,均以川⋯
复数形式表示写成为: ,
』⋯··
将式实化后则有:
一,,分别为单元的、端
的复数状态矢量,为在端上的复数激
振力矢量。为单元的四阶复数传递矩
阵。。荨⋯⋯
为使传递矩阵接近卖际情况,同时计入
外力项,应使传递矩阵增广为五阶复数矩阵,
以模拟受迫振动。由于复数矩阵计算比较复由于为四阶复数矩阵,则它的实部
杂,为计算方便,先将这些单元模型实化,而和虚部均为四阶方阵。而为×
后建立起数学模型。其方法如下: 复数矩阵,则和也均为矩阵,则
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. 质量单元. 梁段单元
.支承单元
●
. 松支文承单元
—

. 结合面单元
图