主軸靜剛度的影響因素及計(jì)算分析*

于雯秋,邱 巖

(沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司, 遼寧 沈陽(yáng) 110142)

0 引 言

主軸是機(jī)床的關(guān)鍵核心部件,其作為機(jī)床的運(yùn)動(dòng)鏈終端元件,主要用來(lái)夾持刀具或工件。主軸靜剛度是表征主軸性能的重要指標(biāo),它反映了主軸單元抵抗靜態(tài)外載荷的能力,主軸的剛度越大,主軸受力的變形就越小;主軸的剛度不足,在切削力及其他力的作用下,主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形,會(huì)嚴(yán)重影響工件的加工質(zhì)量[1],還會(huì)加速軸承的磨損,導(dǎo)致軸承發(fā)熱,甚至破壞;主軸的剛度與主軸的負(fù)荷能力、抗振性能等密切相關(guān)[2]。筆者通過(guò)對(duì)主軸單元靜剛度的理論計(jì)算、有限元分析以及試驗(yàn)測(cè)試的方法,研究主軸靜剛度。通過(guò)計(jì)算公式,多維度地分析主軸剛度的影響因素及其影響因子,為設(shè)計(jì)主軸及研究提高主軸特性提供依據(jù)。

1 主軸徑向剛度的理論分析與計(jì)算

主軸的剛度是指受外力作用時(shí)主軸組件抵抗變形的能力。通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移時(shí),在唯一方向上所施加的作用力大小來(lái)表示。如圖1所示,在主軸前端部加一作用力Fr,若主軸端的位移量為Y,則主軸靜剛度可以用以下公式計(jì)算:

圖1 主軸變形簡(jiǎn)圖

K=Fr/Y

(1)

主軸單元靜剛度通常分為X、Y、Z軸三個(gè)方向,其中X、Y方向的剛度稱為徑向剛度,Z方向一般為軸向剛度。一般情況,徑向剛度比軸向剛度重要,通常用它來(lái)代替主軸的剛度。它與主軸單元的前懸伸量、軸承跨距、軸承剛度、主軸材料的物理性能等參數(shù)有關(guān)。

文中研究對(duì)象的主軸為車床用機(jī)械主軸,主軸鼻端形式為A2-8。……