机械传动

２０ｌＯ年

文章编号：１００４—２５３９（２０１０）０４—００６４—０４

数控铣床主轴系统动态特性研究

钱学毅

（武夷学院电子工程系，

福建武夷山３５４３００）

摘要针对数控铣床主轴系统是在变化复杂的、非简谐力的激励下振动，而与该振动特性密切相关

的主轴滚动轴承的刚度又不是一个定值，而是栽荷的函数的特点，以某数控铣床主轴系统为研究对象，

基于瞬态响应特性分析理论及轴承动刚度理论，借助于有限元分析软件ＡＮＳＹＳ建立主轴系统的有限元

模型，进行模态分析。利用数据表进行加载，并就铣削特定工况下进行瞬态响应分析。得出主轴系统的

较低阶固有频率、振型、最大综合变形以及主轴系统的模态不是常量，主轴系统的设计计算应以滚动轴

承的动刚度和主轴系统的动模态为依据的结论。

关键词机床主轴系统有限元分析动刚度动模态瞬态响应动态设计

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０引言

机床主轴系统是机床重要的、乃至对于机床的加

工精度起关键性作用的零部件。主轴系统的振动是影

响加工精度的一个主要因素。工程实践要求对主轴系

统不但要进行静力分析，还要进行动力分析。

因此，机床主轴系统的动态性能已成为一个十分

重要的研究课题。国内外学者在此研究领域已做了大

量工作，研究方法主要为有限单元法和传递矩阵法。

文献［１］提出了机床主轴支承系统设计的综合ＣＡＥ策

略。文献［２］提出了采用传递矩阵法对机床主轴系统

进行动态性能研究的比较经典的分析思路与方法。随

着计算机硬件和软件的飞速发展以及实用商用软件包

的功能越来越强大，更多的人青睐于采用有限单元法

来研究机床主轴系统的动态性能。

数控铣床主轴系统的振动是限制机床加工质量和

生产率进一步提高的一个主要因素。铣床主轴系统是

在变化复杂的、非简谐力的激励下振动。而与该振动

特性密切相关的主轴滚动轴承的刚度又不是一个定

值，而是载荷的函数，它随载荷的增加而增长。为了在

现有国产机型的基础上开发出性能更加完善的新机

型，缩短产品开发周期，提高产品质量，将Ｑ垣用于数

控铣床的设计是十分必要的。本文中我们以某数控铣

床主轴系统为研究对象，基于瞬态响应特性分析理论

及轴承动刚度理论，借助于有限元分析软件ＡＮｓＹＳ建

立主轴系统的有限元模型，利用数据表进行加载，并进

万方数据