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數(shù)控車床主軸靜動態(tài)特性研究

2020-6-20 來源：- 作者：-

摘要：本文針對某公司生產(chǎn)的NL50系列車床SA和SC兩個型號的主軸箱部件進行靜力學(xué)、模態(tài)及振動分析，對比SA和SC兩個型號主軸箱部件的靜態(tài)變形、動態(tài)剛度、振型和振動特性。并通過頻響函數(shù)測試，驗證了有限元分析結(jié)果，分析出振動原因。

目前某公司生產(chǎn)批量較大的N L50系列車床，其中的SA型號機床存在不同程度的振刀現(xiàn)象，而SC型號沒有振刀現(xiàn)象。機床振動的原因是非常復(fù)雜的，本文通過對主軸箱部件進行靜力學(xué)、模態(tài)及振動分析，對比SA和SC兩個型號主軸箱部件自身靜態(tài)剛度、振動特性。同時也對機床進行振動測試、頻響函數(shù)測試，通過對比，分析了產(chǎn)生振動的主要原因。

1. 軸承剛度計算及分析

車床N L50標準機型內(nèi)部構(gòu)造為軸承聯(lián)接主軸與外殼結(jié)構(gòu)，如下圖1所示。SA與SC型號區(qū)別主要是箱體結(jié)構(gòu)不同。其中主軸前端軸承為三列7022A5，中預(yù)緊，為DBD組合。后軸承為兩列NSK7020C，中預(yù)緊，為DB組合。前端DBD組合后，軸向剛度：Sa= 1.48×441= 661 . 56N/μm ；徑向剛度：S r =2×1.54×441=1 358N/μm。后端 D B 組合后，軸向剛度：Sa= 187N /μm ；徑向剛度：S r =5×Sa=935N/μm。

按照上述的計算的剛度數(shù)值，在有限元軟件中對軸承材料進行調(diào)整模擬，前軸承DBD組合后，最終得到的結(jié)果如表1所示，分析結(jié)果如圖2所示，最終使得該模型的剛度與實際相近。經(jīng)過多次數(shù)據(jù)調(diào)整，前端軸承的模型剛度（徑向剛度和軸向剛度）與實際軸承的剛度幾乎一致，達到了軸承模擬的效果。

圖1　NL50系列機型主軸部件軸承布置

表1　前軸承徑向剛度和軸向剛度參數(shù)

表1 前軸承徑向剛度和軸向剛度參數(shù)

圖2 前軸向剛度模擬數(shù)據(jù)

同樣，按照剛度計算方法進行材料調(diào)整，后軸承DB組合后最終得到的結(jié)果如表2所示，分析結(jié)果如圖3示。因為后軸承NSK7020C不承受軸向力，所以軸向剛度暫時忽略。

2. 主軸箱部件的靜力學(xué)分析

按照實際箱體載荷及約束條件，利用有限元軟件分別對N L502S A和N L502S C進行靜力學(xué)分析，在距離卡盤端面150mm處施加切削載荷，主切削力為1800 N ，徑向力為 550N 。分別提取整體部件、主軸箱和工件端面的分析結(jié)果，其中圖4、圖5為N L502SA 的結(jié)果，圖 6 、圖 7 為NL502SC的結(jié)果。