砂轮接杆对陶瓷电主轴单元动态性能的影响

随着产品加工不断向高精度、高刚度、高速度方向发展,对机床主轴部件的动态特性要求也越来越高,因此对机床主轴部件动态特性分析也显得越来越重要。实验室采用陶瓷球轴承作支承的电主轴做高速精密磨削。在磨削过程中,陶瓷电主轴单元的性能直接关系到主轴能否实现平稳高速、精密加工。砂轮接杆虽然尺寸结构简单,但是对电主轴的动态性能影响很大。文中针对基于PMAC-PC控制下的精密磨床,通过不同转速下电主轴振动信号的傅立叶(FFT)谱,分析了砂轮接杆对陶瓷轴承电主轴单元动态性能的影响。     

高速电主轴支承刚度计算及模态分析

以某型号数控磨床用高速电主轴为研究对象,基于滚动轴承静力学推导了高速电主轴常用支承—角接触球轴承计及预紧接触角变化的径向刚度和多联组配轴向刚度计算公式,结果显示该计算公式比现有文献中相关计算更准确,讨论了轴向预紧力对支承刚度的影响规律。在得到支承刚度的基础上,在ANSYS中采用弹簧单元COMBIN14模拟主轴轴承支承,基于ANSYS对主轴部件进行了不同轴向预紧力和不同转速下的模态分析,讨论了转速和轴向预紧力对电主轴模态的影响。     

基于预紧轴承动刚度的高速电主轴动特性分析

针对定位预紧的电主轴球轴承,基于球和套圈相互作用模型,推导了球轴承刚度求解模型,使用Newton-Raphson方法求解可到刚度矩阵。基于Riccati传递矩阵法,给出了考虑轴承动刚度的电主轴临界转速计算方法。建立了铣削激振下考虑轴承动刚度的电主轴动力学方程,使用RungeKutta法求解得到电主轴动力学响应。对某铣削高速电主轴计算,结果发现轴承径向刚度随转速增大而减小,采用定位预紧后刚度增大,且随转速增大轴心预紧刚度增大明显。考虑轴承动刚度可得到更为准确的电主轴动特性结果,最后通过高速电主轴动特性实验证明了该模型对动特性预测的准确性。     

角接触球轴承动特性的数值与试验研究

角接触球轴承的动特性对机床主轴的回转精度、可靠性及寿命等有重要影响。以弹性力学理论、滚动轴承动力学和沟道控制理论为基础,研究角接触球轴承的动特性。推导了计及过盈配合量和预紧力影响的高速角接触球轴承动刚度计算方法,并对轴承动刚度的影响因素进行了理论分析和试验验证。结果表明:随着过盈量的增大,轴向刚度逐渐减小,径向刚度则逐渐增大,外圈过盈量影响更显著;预紧力过小时,刚度会出现明显的波动现象,适当的预紧力对角接触球轴承刚度的稳定至关重要。     

预紧力对轴承接触状态及电主轴回转性能的影响

高速电主轴角接触球轴承的性能由转速、支承刚度、旋转精度和摩擦生热等因素决定,这些因素都直接关系到轴承在轴向预紧力作用下的接触特性。研究了轴承滚动体与滚道在轴向预紧力变化下的接触特性。提出了一种利用开尔文四线法测定轴承不同轴向预紧力下接触电阻的新方法。结果表明,随着轴承轴向预紧力的增大,接触电阻呈非线性减小。对于角接触球轴承,当轴向预紧力大于一定值时,接触电阻趋向平稳,形成"L"型曲线。进一步研究了轴向预紧力对背靠背角接触球轴承对作为大型电主轴一端支撑的旋转精度的影响。研究表明,轴承外圈径向跳动随着轴向预紧载荷的增大呈现"降-升-降"的波动趋势,反映了径向游隙变化以及背对背轴承对隔离挡圈平行度误差对轴承外圈姿态变化的综合影响。本研究为角接触球轴承作为小型电主轴和大型电主轴的支撑进行轴向预紧时预紧载荷的优化提供了技术支撑。     

陶瓷球轴承接触角和预紧力对高速磨削电主轴静刚度的影响

陶瓷球轴承作为电主轴的核心部件,其结构参数对电主轴的静刚度有着重要的影响。基于角接触球轴承径向刚度计算公式,通过仿真分析研究了接触角和预紧力对电主轴静刚度的影响。通过建立的主轴-轴承系统三维有限元模型,仿真获得了不同接触角和预紧力下主轴前端径向变形及主轴静刚度,进而根据有限元仿真结果拟合得到了主轴静刚度关于接触角和预紧力的拟合方程及拟合曲线。     

高速电主轴静刚度仿真与实验研究

主轴静刚度是评价电主轴静态特性的一项重要指标,对保证精密数控机床的加工精度至关重要。基于典型工况下切削力和角接触球轴承径向刚度计算公式,通过建立的主轴-轴承系统三维有限元模型,仿真获得了在指定工况下电主轴前端轴向变形量及主轴静刚度。在搭建的实验平台上对电主轴进行了静刚度实验。通过对比仿真结果和实验结果,间接验证了该有限元模型的有效性。基于可靠的有限元模型,进一步仿真获得了电主轴静刚度随前后端轴承预紧力的变化情况。     

高速精密角接触球轴承最小预紧载荷计算

提高主轴刚性和旋转精度 ,控制滚动体的公转和自转打滑 ,应对高速精密角接触球轴承施加一定的预紧载荷。不适当预紧载荷使轴承发热增加 ,降低轴承的疲劳寿命和影响主轴的旋转速度。根据机床主轴的使用要求选择合适的预紧载荷非常重要。本文在分析高速精密角接触球轴承钢球受力的基础上 ,给出了球在沟道中不产生陀螺滑动时应施加的最小预紧载荷。附图 3幅 ,表 1个     

高速磨削用电主轴结构动态优选设计

考虑滚动轴承径向刚度随转速非线性变化，运用传递矩阵法对电主轴的临界转速和静刚度特性进行了系统的研究，用Matlab工具开发了一套具有自主知识产权的动态计算分析软件。以某款精密高速(51000r／min)磨削用电主轴为对象，分析了主轴结构参数与砂轮参数对主轴动态特性的影响，并对主轴结构进行了优选设计。结果表明，基于传递矩阵法编制的电主轴动态设计软件运行可靠、操作简便，可应用于电主轴的动态设计与快速开发。经优选设计后，电主轴的一阶临界转速和主轴端静刚度均有较大幅度的提高。     

高速角接触球轴承动态刚度的分析与计算

在Hertz接触理论的基本上，结合Newton-Raphone法，针对定位、定压两种不同的预紧方式，分析计算了轴向力和径向力联合载荷作用下高速角接触球轴承的动态刚度，结果表明：定位预紧下轴向刚度和径向刚度随转速增加而增大；定压预紧下轴向刚度随转速增加而减小，径向刚度随转速增加而增大。     

高速电主轴动态特性研究

作为数控机床的核心功能部件,高速电主轴的动力学特性直接影响着工件的加工精度。建立了高速电主轴的轴承-转子动力学模型,计算了角接触球轴承的动态支承刚度和轴承-转子系统的固有特性,并且研究了不同转速下轴承支承刚度对系统固有频率的影响。以2GDZ60型高速电主轴为研究对象,测试了系统的1阶固有频率和2阶固有频率,与理论计算值相比较误差较小。     

紧凑型高速电主轴拉刀机构静动态特性分析与优化

介绍了紧凑型高速电主轴的结构设计,建立了主轴-拉刀机构双转子系统模型,研究了电主轴拉刀机构的静动态特性,得到了工作状态下电主轴的静态位移、振型、固有频率以及关键点的响应位移。对主轴-拉刀材料、轴承预紧力、轴承组跨距、主轴-拉刀接触刚度以及主轴-刀柄接触刚度等参数进行优化设计。结果表明优化后电主轴的静动刚度均满足要求、固有频率提高、电主轴安全工作频率区间增大。电主轴模态测试结果证明了以上结果的可靠性。该研究为紧凑型高速电主轴的设计提供了理论基础。     

精密高速磨床主轴支承轴承最佳预紧力计算

研究了精密高速磨床主轴──轴承轴系动学力特性，在旋转轴振动理论和高速球轴承刚度理论的基础上，本文提出了一种新的计算精密高速磨床主轴轴承的最佳预紧力算法。     

高速精密角接触球轴承在电主轴中的应用

高速精密角接触球轴承在电主轴中的应用涉及选型、加载和润滑等多个方面，合理的使用方式可以优化主轴性能和高轴承实际寿命。本文从实践角度分析了如何在电主轴中科学地应用高速精密角接触球轴承。     

高速精密角接触球轴承的热分析与验证

从理论上分析了高速精密角接触球轴承的运动特性和发热机理,并以H7014C/HQ1型高速精密角接触球轴承为试验对象,在不同的转速、轴向预紧力和润滑油量下进行了试验。结果表明:转速对轴承温升的影响最显著;同时给出了最佳预紧力和最佳润滑油油量的参考值。     

多联组配角接触球轴承的刚度计算

主轴轴承在机床主轴系统中的配置方式以及受力形式和大小直接影响主轴轴承的刚度.反过来,主轴轴承的刚度又影响整个系统的受力状况.由于在精密(数控)机床主轴系统中主轴轴承型号的选择主要依据刚度和转速,因此计算主轴轴承的刚度是设计者在主机设计时必须考虑的问题.本文将对多联角接触球轴承组配中主轴轴承的刚度作分析和计算.     

机床主轴三联角接触球轴承预紧力的研究

本文对三联角接触球轴承的预紧力进行了实验研究，定量分析了这种轴承的预紧力与主轴组件的静刚度、动态特性和不同转速下的温升之间的关系，提出了选择预紧力的科学依据。     

高速主轴角接触球轴承动刚度分析及测试方法

为了准确测试高速电主轴角接触球轴承的动态支承刚度,提出了采用同步激励的方式在线测量主轴动态支承刚度的方法。通过研究残余振动位移和激励响应位移之间的角度关系,推导出了动态支承刚度测试原理,在型号为150SD40Q7的电主轴上进行了动态刚度测试实验,并和仿真结果进行了对比分析。测试结果和仿真结果变化趋势吻合良好,误差较小,验证了该测试方法的有效性,为主轴动态运行刚度的测试提供了一种可靠方法。     

高速电主轴角接触球轴承热-力耦合特性研究

在高速电主轴转子系统中,角接触球轴承的工作特性受温升的影响显著,极易产生胶合。为了得到更加精确的角接触球轴承瞬态温度场,建立了考虑自旋的角接触球轴承生热及传热模型,并利用MATLAB软件得到了轴承的生热量,随后建立了轴承的三维参数化模型,并基于显示动力学理论在LS-DYNA平台上进行了热-力耦合有限元仿真分析,且对影响轴承瞬态温度场的主要因素进行了研究。研究结果表明：转速与温升呈非线性正相关;高转速下轴承温升对预紧力更加敏感;生热量随预紧力的增加逐渐增大,当施加的预紧力大于最小预紧力时,温升随预紧力增加而变大。研究可为高速电主轴轴承的设计和稳定性分析提供理论参考。     

高速精密电主轴轴承的动态特性分析与试验

基于ANSYS分析方法,以支承高速精密电主轴磨床中的HP7005CTA角接触球轴承为研究对象,进行模态分析和谐响应分析。结果表明:增大电主轴支承轴承的刚度和改善电主轴整体结构的抗振性,均可用于提高电主轴动态特性;电主轴在激励频率附近振动幅值较大,而相比之下,在其他频率处振动幅度较小。