基于ABAQUS电主轴动静态分析技术VIP专享VIP免费

第12期2011年12月组合机床与自动化加工技术ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueNO．12Dec．2011文章编号：1001—2265(2011)12—0018一04基于ABAQUS电主轴动静态分析技术徐福林1，郑卫2，刘素华3(上海工程技术大学制造工程系，上海200437)摘要：文章基于有限元法建立了电主轴的动力学数学模型，推导了电主轴的动静态特性表达式。结合实例。利用ABAQUS有限元分析软件，计算了某数控机床主轴的静态最大位移，求得该主轴的10阶固有振动频率，l-3阶临界转速；模拟了该主轴l-3阶瞬时振动形态，获得了主轴的结构设计和支承配置优化的理论依据。关键词：电主轴；动静态特性；有限元法中图分类号：THll3文献标识码：ADynamicandStaticAnalysisTechniqueoftheElectrospindleBasedonABAQUSXUFu—linl，ZHENWei2，LIUSu—hua3(DepartmentofManufacturingEngineering，ShanghaiUniversityofEngineeringScience，Shanghai200437，China)Abstract：Inthispaper，usingthefiniteelementmethod，weestablisheddynamicmathematicalmodelsoftheelectrospindleandfoundedexpressionofdynamicandstaticcharacteristicofthemotorizedspindle。Throughanexample，notonlythemaximaldisplacementofspindleofaCNCmachine，10ordersnaturalfrequencyofvibrationofspindleand1-3orderscriticalspeedofrotationarecalculatedandusingSoft-wareofABAQUS，basedonfiniteelementmethod，1-3ordersmodeofinstantvibrationformofthespindleareSimulated，butalsoweobtainedtheoreticalfoundationforthestructuredesignofspindleandsupportconfigurationoptimizationofspindle．Keywords：electrospindle；dynamicandstaticcharacteristic；thefiniteelementmethodO引言高速数控机床(CNC)是装备制造业的技术基础。高速数控机床的性能，主要取决于高速主轴的性能。数控机床的主轴由内装式电动机直接驱动，把数控机床主传动链的长度缩短为零。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，把主轴部件从机床的传动系统的整体结构中相对独立出来，做成“主轴单元”，俗称“电主轴”(Electrospindle，MotorizedSpindle)。由于当前电主轴主要采用的是交流高频电动机，故也称为“高频主轴”(HighFre—quencySpindle)。由于没有中间传动环节，有时又称它为“直接传动主轴”(DirectDriveSpindle)。在70年代，美国装有电主轴的加工中心首先在空军和飞机公司投入使用。以高速切削、强力切削和高加工精度为主要特征的切削加工技术，是近年来发展迅速的数控切削加工技术。主轴系统配置是数控机床高速加工的一项关键技术，数控机床的机电一体化电主轴是实现高速切削的关键部件。与普通电机主轴相比具有如下特点：(1)转速高，启动时间短、输出扭矩和功率大；(2)恒功率调速范围宽；(3)典型的机电一体化部件。能对轴承与电机的温升、主轴的振动等参数实施在线监控，确保主轴高速运转时安全可靠。因此，数控机床的主轴系统设计时，必须对电主轴动静态特性进行分析，以优化电主轴的结构设计及支承结构的配置，使数控机床的电主轴具有较高的回转精度和较好的动态响应特性，提高数控机床收藕日期：2011—08—02}基金项目：江苏省教育厅2008年度高校科研成果产业化推进项目资助(JH08—28)作者简介：徐福林(1968一)。男，江苏如皋人，上海工程技术大学制造工程系硕士，副教授。主要从事机电一体化技术研究，(E—mail)fulin—XB@163．COlll。万方数据2011年12月徐福林，等：基于ABAQUS电主轴动静态分析技术·19·的整体性能。1电主轴动静态有限元数学模型1．1电主轴的静态特性数学模型电主轴静态特性的指标是电主轴的主轴单元的(以下简称主轴)静刚度。反映主轴抵抗静态外载荷的能力，它与主轴的负荷能力和抗震性密切相关。主轴的弯曲刚度定义为：径向载荷作用下，主轴产生的单位径向位移。径向静载荷为F，，主轴产生的径向位移为口。则主轴的弯曲静刚度K为：K：墨(1)口一般情况下，弯曲刚度远比轴向刚度重要，是衡量主轴单元刚度的重要指标，通常用弯曲刚度作为电主轴的刚度指标。它与电主轴单元的悬伸量、跨距、几何...