数控铣床主轴结合部参数识别及动态特性分析

罗建平 ,刘泓滨 ,王立华 ,郭　晟

(昆明理工大学机电工程学院 ,云南昆明 650093)

Parameter s Reco gnitio n and Dynamic A nalysi s fo r a N umerical Co nt rol Milling Machine

Main Spindle J oint

L UO Jian

ping , L IU Hong

bin , WANG Li

hua , GUO Sheng

( Faculty of Mechanical and Elect rical Engineering , Kunming U niversity of Science and Technology ,

Kunming 650093 ,China)

　　摘要 :在阻尼模态分析理论的基础上 ,采用了有

限元分析软件 AN S YS 8. 0 参数化建模和优化设计
模块进行计算 ,与实验相结合对主轴结合部参数进
行识别 ,达到了满意的效果. 并利用了其识别的结
果 ,进行主轴的动态特性分析 ,利用动态分析结果来
指导以后主轴部件的主轴设计.

关键词 : 结合部参数 ; AN SYS 8. 0 ; 参数化建

模 ;优化设计 ;动态分析

中图分类号 : T G502
文献标识码 :A
文章编号 :1001

22257 (2007) 0120016203

收稿日期

:2006

Abstract :Basing in t he damping mo dal analysi s

t heo ry fo undatio n ,has used t he finite element anal

ysi s sof t ware AN S YS 8. 0 parameterizing mo deling

and t he op timized design mo dule carries o n t he

co mp utatio n , unifies wit h t he experiment to t he

main spindle joint parameter carries o n t he reco gni

tio n. It has achieved t he sati sfacto ry effect . A nd u

sing it s reco gnitio n result ,carries o n t he main spin

dle dynamic analysi s , will inst ruct t he later main

spindle co mpo nent s using t he dynamic analysi s re

sult t he main spindle design.

Key words :jointing parameter s ; AN S YS 8. 0 ;

parameterizing mo deling ;op timized design ; dynam

ic analysi s

　引言

由于制造业的飞速发展 ,机械产品的加工精度

要求越来越高 ,机床性能要求也越来越高. 直接影响
机械产品的加工精度最明显是来自主轴系统 ,所以
对主轴系统的研究是很有必要的. 主轴系统的构成
基本是主轴箱体、

轴承及主轴. 其中主轴箱体基本是

静止不动的 ,而主轴和轴承是在加工时处于旋转的
状态 ,尤其是在高速加工时的状态 ,这就要求主轴具
有良好的动态特性. 影响主轴的动态特性除了主轴
本身结构参数因素 ,还有主轴和轴承之间的结合部
对主轴的动态特性影响也是比较大的. 本文就某数
控铣床的主轴部件中的主轴和轴承之间的结合部进

行结合部参数识别和结合部参数对主轴的动态特性

的影响研究.

　理论基础

由于结合部特性表现为既有弹性又有阻尼 ,既

储存能量又消耗能量. 因此 ,从定性分析出发 ,人们
将结合部等效为若干弹簧和阻尼器构成的动力学模

型. 结合部的刚度特性和阻尼特性都是非线性的 ,从
而阻尼表现为非比例阻尼 ,由模态分析理论可知

[ 1 ]

当阻尼为非比例阻尼 ,应该采用复模态理论进行分
析. 在 ANS YS 中的模态分析中 ,应该采用阻尼模态
分析.

对主轴考虑结合部因素

[ 2 ]

,忽略结构阻尼得出

自由振动方程 :

g¾

) x

= 0

式中　

主轴的质量矩阵

结合部中阻尼矩阵

主轴刚度矩阵

结合部中的刚度矩阵

解此方程得

・

1机械与电子2

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