DVG850主轴箱静刚度分析
机床主轴系统静刚度分析及实验研究
机床主轴系统静刚度分析及实验研究寸花英;袁胜万;崔岗卫;李江艳【期刊名称】《机床与液压》【年(卷),期】2015(43)1【摘要】In order to study the characteristics of static stiffness of the machine spindle system, a spindle⁃bearing system model of ahigh⁃performance machining center was established, which including the spindle rotor and the bearing. The components model of spindle system was built by the finite element method ( FEM) , composed with thequasi⁃static model of the ball bearing, the finite ele⁃ment model of the spindle system was obtained, and the static stiffness of the spindle system was obtained through calculating. The test experiment of static stiffness was carried out to verify the correctness of the theoretical calculation results. The results show that the the⁃oretical calculations and the experimental results are corresponding quite well, so the accuracy of the FEM is proved. Besides, due to the damping effect and friction function inside spindle system, the unloading static stiffness is greater than the loading static stiffness. At the same time, certain amount of nonlinearity of axial static stiffness is existed.%为研究机床主轴系统静刚度特性，建立一种高性能加工中心主轴－轴承系统模型，该模型包括主轴转子和轴承。
数控机床静刚度有限元分析
数控机床静刚度有限元分析作者：郑丹来源：《城市建设理论研究》2014年第19期【摘要】近些年来，科技在进步，时代在变化，数控机床主轴系统也发生了相应的变化。
本文就数控机床静刚度有限元进行了详细的分析，对数控机床进行了深度研究。
【关键字】数控机床，静刚度，有限元中图分类号： TG659 文献标识码： A一.前言机床的重要组成部分是主轴，主轴的性能决定着机床性能。
通过各种临床试验，掌握数据的精确度，从而使得机床数控理论能够得到推广。
这种机械行业的发展不仅仅有利于提高我国技术方面的提高，也促进了我国整体经济的发展，节省了操作员的工作时间，提高了工作效率。
二.数控机床含义数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。
该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。
经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。
数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。
三.机床主轴系统动力学特性的分析方法创建主轴系统的动力学模型；分析确定表征主轴系统动力学性能的各种参数；对主轴系统动力学性能进行评价与预估；设计调整影响主轴系统动力学性能的各种要素，即实施优化设计。
长期以来，学者们在不断探索与实践中，围绕数控机床的主轴系统，提出了多种动力学分析方法。
主要包括有限元法、传递矩阵法、阻抗耦合法、实验分析法等。
1.主轴系统动力学特性的有限元分析法利用有限元分析法可以对主轴系统进行静力学分析获取静刚度，动力学分析获得固有频率、动响应以及实施优化设计。
在主轴系统动力学分析研究中，有限元法是最常用的方法。
常见的工程软件有ANSYS，ANSYS/Workbench，MSC.NASTRAN，ABAQUS、MSC.MARC等。
加工中心主轴箱的静动态特性分析及结构优化
加工中心主轴箱的静动态特性分析及结构优化
何全文;刘刚;邱小华;庄凯;何光春
【期刊名称】《机械研究与应用》
【年(卷),期】2024(37)2
【摘要】为进一步提高数控机床的加工性能,对某企业设计的立式加工中心主轴箱进行静动态特性分析,根据有限元分析结果对主轴箱原有结构进行优化设计,以主轴箱的动态刚度和质量为优化目标,采用响应面法对主轴箱加强筋板的尺寸和位置进行优化,并对优化后的主轴箱结构进行再一次的静动态分析,以检验其机械结构刚度是否得到加强。
分析结果表明,优化后主轴箱的机械结构刚度比优化前有较小改善,说明主轴箱的初始结构设计较为合理,为企业实际生产奠定理论基础。
所研究的分析方法为相关企业同类产品开发提供技术支持。
【总页数】4页(P38-41)
【作者】何全文;刘刚;邱小华;庄凯;何光春
【作者单位】西南交通大学机械工程学院;四川工商职业技术学院智能制造与信息工程学院;株洲欧科亿数控精密刀具股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH122;TG659
【相关文献】
1.TH6350卧式加工中心主轴箱系统有限元建模及动态特性分析
2.龙门加工中心动态特性的有限元模态分析与结构优化
3.立式加工中心工作台系统的动态特性分析
及结构优化4.基于动态精度的直驱型高速机床主轴箱静动态特性分析5.立式加工中心主轴箱静动态特性分析及拓扑优化
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数控机床主轴静动态特性分析与优化设计
数控机床主轴静动态特性分析与优化设计数控机床主轴的静动态特性分析与优化设计在机床设计中扮演着重要的角色。
主轴的质量、刚度和动力性能直接影响着数控机床的加工精度和生产效率。
因此，针对数控机床主轴的静动态特性进行分析和优化设计是非常必要的。
首先，对数控机床主轴的静态特性进行分析是基础。
静态特性主要包括主轴的刚度、负载能力和转速范围。
刚度是指主轴在受力时的变形能力，直接影响着机床的切削精度。
负载能力指主轴能够承受的最大切削力或轴向力，取决于主轴的结构和材料。
转速范围则指主轴的最大和最小可工作转速，根据机床加工要求和主轴的功率决定。
其次，对数控机床主轴的动态特性进行分析是优化设计的重要环节。
动态特性主要包括主轴的运行平稳性、动态刚度和各模态的特性频率。
运行平稳性是指主轴在工作状态下的振动情况，对加工表面质量和刀具寿命有重要影响。
动态刚度是指主轴在受力时的变形能力在一定频率下的响应能力。
各模态的特性频率则表征着主轴在不同振动模态下的响应频率和振动幅度。
针对数控机床主轴的静动态特性，可以采取以下优化设计措施。
首先是通过优选材料和适当加工工艺来提高主轴的刚度和负载能力。
其次是采用适当的轴承和润滑方式，减小主轴的摩擦和磨损，提高运行平稳性。
此外，还可以通过调整主轴的结构和参数来提高动态刚度和各模态的特性频率。
例如，增加主轴的直径、改变轴承支撑形式等。
在数控机床主轴静动态特性优化设计过程中，还需要考虑与其他系统和结构的配合，如主轴驱动装置、刀具系统等。
同时，结合实际工艺要求和机床制造能力，进行多种参数的优化设计，以实现最佳的综合性能。
总之，数控机床主轴的静动态特性分析与优化设计是非常重要的工作，直接关系到数控机床的加工质量和生产效率。
通过对主轴材料、结构和参数的优化设计，可以提高数控机床主轴的静态刚度、负载能力和动态性能，进而提高数控机床的加工精度和生产效率。
DVG850高速立式加工中心动态分析
来提高刚度 ，只能通过提高主轴箱 与导轨结合部 的刚 度 以提高其刚度 。由于滑座 采用 的是类似两端悬臂梁
型结构 ，因而其两端的抗 弯能力较 差 ，可 以通过减小 悬臂长度改进 。
上工 件位置处 分别 加 １０ Ｎ等值 反 向的简谐 力 ，设 ０ 置简 谐力 的频 率 为 １０～３ ０ Ｈ ，求 解 间 隔 为 ４ ， ５ ５ ｚ Ｏ 求 得 、Ｙ ３个 方 向刀 具 部位 的位移 频 谱 曲线如 、
图 ３所 示 。
× ０ ‘
３ 谐 响应 分析
４ × ０． ５ × ｏ。
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ＸHale Waihona Puke ０ ‘删 滟 趟
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（） 加载 时ｚ ｃｘ 向位 移频 谱 曲线
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频 率， Ｈｚ （） ｌ ｄ ｙ￣加载 时ｘ 向位移 频谱 曲线
向加载时在 １５Ｈ 时 向刚度较弱 ，２ ５ １ ９ ｚ ７ 、３５和 ３ ５ ２ Ｈ 时 Ｙ向刚度较弱 以及 ２ ５Ｈ 时 向刚度较弱 。由 ｚ ７ ｚ
与立柱结合的部分应 变较大 ，同时床身地脚处和滑座 装滑块的部分应 变也较大 ，这些将作为今后改进过程
VDF-850加工中心主轴单元结构分析
传给刀具轴。刀柄及拉杆螺栓见图1、图 2 。
2 主轴空转试验分析 2 . 1 试验方案
仅 运 行 主 电 动 机 ，做 主 轴 的 响 应 试 验 。使 主 轴 转 速 从 45 r . mirf1 开 始 到 最 高 转 速 8000 r . mirf1 结 束 ， 以 2 0 0 〜 500r •mirf1 的 转 速 级 差 进 行 空 转 ，每 级 转 速 的 运 转 时 间 最 少 为 2 分钟，在最高转速时运转时间至少为3 0 分 钟 ， 测试时主轴轴承温度值不能超过6 0 ° 。测量主轴前支撑位置 在 不同转速下沿X 轴 、Y 轴 、Z 轴的振动加速度响应％3]。
主 轴 的 支 承 件 是 主 轴 系 统 的 主 要 部 件 ，主 要 指 轴 承 及 轴 承 座 ，其中轴承是中心。采用滚动轴承的支承转速和载荷的 变 化 范 围 大 ，有 一 定 过 盈 量 时 也 能 稳 定 转 动 ，旋 转 精 度 髙 ， 但 是 刚 度 不 稳 定 ，容 易 振 动 。滑 动 轴 承 的 支 承 抗 振 动 性 能 好 ， 转 动 过 程 平 稳 ，但 是 制 造 和 维 修 困 难 。
138
现代制造技术与裝备
2016第 10期 总 第 239期
VDF-850加工中心主轴单元结构分析
齐晓霞
(湄洲湾职业技术学院，莆 田 351254)
摘 要 ：作 为 数 控 机 床 最 主 要 的 功 能 部 件 ，主 轴 的 性 能 对 加 工 中 心 的 安 全 及 精 度 起 着 决 定 性 作 用 。本 文 对 V D F - 8 5 0 立 式 加 工 中 心 的 主 轴 结 构 进 行 详 细 分 析 ，并 采 用 丹 麦 必 凯 公 司 的 检 测 装 置 完 成 对 主 轴 的 振 动 响 应 试 验 ， 进而判断引起主轴振动的振源。
基于参数化的DVG850主轴箱敏感度分析
在现代 制造技术 中 ， 品 的开发 和 研制 可 以通 过 产
进 的制 造设备和 工艺 方法 外 ， 品 的开 发 和研究 更 多 产 地应用 了计算机 虚拟制造 技术 ， 例如应用 Ｃ Ｄ等三维 Ａ （） ３ 因为在 模具 表 面卸 料 ， 掉 了 冲裁 过 程 中 的 省
ｏｔｎ ａ ｒ ｕ ｈ ｅ ｔｍａｅ， ｂｇ ｏ ｍａｌ ｏ ｔｍｅ ｖ ｎ ｔ ｅ ｉ ｔ ｒｅｅ ｃ ｐ ｉ ｚ ｔｏ ａｌ ｒ ｓ ｃ ｕ ｅ ｙ ｆｅ ｏ ｇ ｓｉ ｔ ｉ ｒｓ ｌ，ｓ ｍｅｉ ｓ ｅ ｅ ｈ ｎ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ｔｍｉａｉｎ ｆ ｉ ｅ ｉ ａ ｓ ｄ ｂ ｆ ｕ ｍｏ ｅ ｎ ｅ ｅ ｅ ｃ ． Ｔｈ ｒ ｆｒ ｔ ｅ ｅ ｓｔ ｉｙ ａ ａｙ ｉ ｅ ｉ ｅｏ ｅ ｏ ｔ ｉａ ｉｎ， ｔｅ ｅ ｉｎ ａ ｉｂ ｅ ｄ ｌｉ ｔｒ ｒ ｎ ｅ ｆ ｅ ｅｏ ｅ ｈ ｓ ｎ ｉ ｖｔ ｎ ｌ ｓｓ ｂ ｇｎｓ ｂ ｆ ｒ ｐ ｉ ｚ ｔ ｉ ｍ ｏ ｈ ｄ ｓｇ ｖ ｒａ ｌ ｓ ｗｉｌｂ ａ ａ ｅｒｃ ａ ｄ ｓ ｒｅ ｉ ｇａ ｄ ｔ ｅ ｍａｎ ｄｅ ｉｎ ｖ ｒａ ｌｓｍｉ ｈ ｅｏ ｔｉ ｅ ｌ ｅ ｐ ｒｍ ｔｉ ｎ ｃ ｅ ｎ ｎ ｎ ｈ ｉ ｓｇ ａ ｉｂ ｅ ｇ ｔｂ ｂ ａｎ ｄ，ｄ ｌ ｔ ｈ ｎ ｅ ｓ ｎ — ｅｅｅ ｔ ｅ ｕ ｒ ａ ｏ ａ
基 于参 数 化 的 Ｄ Ｇ ５ Ｖ ８ ０主 轴 箱 敏 感 度 分 析
文 怀 兴① 陆 君 ① 吕玉 清②
（ 陕西科 技大学机 电工程 学院 ， ① 陕西 西安 ７ ０ ２ ； １０ １
机床主轴部件静刚度
在机床主轴部件静刚度分析中，有限元分析法可 以模拟主轴的几何形状、材料属性、边界条件等 ，得到主轴在不同工况下的应力、应变分布情况 ，评估其静刚度。
然而，有限元分析法需要专业的有限元分析软件 进行建模和计算，计算时间较长，对计算机硬件 也有一定的要求。
加工精度
静刚度对机床的加工精度有很大的影响。如果主轴部件的静刚度不足，会导致加工过程中 产生较大的变形，从而影响工件的精度。提高主轴部件的静刚度可以显著提高机床的加工 精度。
表面质量
静刚度对机床的表面质量也有很大的影响。如果主轴部件在加工过程中产生较大的变形， 会导致工件表面出现振纹、粗糙度值高等问题。提高主轴部件的静刚度可以显著改善机床 的表面质量。
中间支撑
适用于重型切削和高强度 加工，能够提高主轴的刚 度和稳定性。
悬浮支撑
具有高转速和良好的静刚 度，适用于超精密加工。
04
CATALOGUE
提高机床主轴部件静刚度的设计策略
优化主轴的几何形状
减小主轴的悬伸长度
合理设计主轴前端直径和长度，以降低主轴的弯曲和扭曲变形。
优化主轴的轴承配置
通过优化轴承的布置方式和预紧力，提高主轴的刚度和稳定性。
生产效率
静刚度对机床的生产效率也有一定的影响。如果主轴部件的静刚度不足，会导致频繁的停 机、重新对刀等操作，从而降低生产效率。提高主轴部件的静刚度可以减少这些问题的发 生，提高生产效率。
02
CATALOGUE
机床主轴部件静刚度的计算方法
有限元分析法
有限元分析法是一种常用的结构分析方法，通过 将结构离散化为有限个单元，对每个单元进行受 力分析，进而得到结构的整体受力情况。
基于ANSYS Workbench的DVG850工作台拓扑优化
基于ANSYS Workbench的DVG850工作台拓扑优化高东强;毛志云;张功学;黎忠炎【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2011(000)002【摘要】以DVG850高速立式加工中心工作台为例,利用SolidWorks软件强大的三维实体设计功能,精确地实现了工作台的三维建模,通过专有程序接口将模型导入到ANSYS Workbench软件中.利用ANSYS Workbench有限元分析软件的静力学分析功能,对工作台进行静力学分析,并根据计算结果校核了工作台的静刚度.应用ANSYS Workbench中的拓扑优化模块对工作台结构进行改进.改进后的工作台保持了原结构的静刚度,但质量却比原方案减少23.2kg.【总页数】2页(P62-63)【作者】高东强;毛志云;张功学;黎忠炎【作者单位】陕西科技大学,机电工程学院,西安,710021;陕西科技大学,机电工程学院,西安,710021;陕西科技大学,机电工程学院,西安,710021;陕西科技大学,机电工程学院,西安,710021【正文语种】中文【中图分类】TH16【相关文献】1.基于ANSYS Workbench的DVG850滑座的拓扑优化 [J], 夏田;马晓钢;张功学2.基于ANSYS WORKBENCH某型数控铣床工作台静模态分析 [J], 李和明3.基于ANSYS Workbench的立式车床回转工作台结构优化设计 [J], 魏锋涛;宋俐;代媛4.基于 ANSYS Workbench的立式加工中心工作台动特性研究 [J], 冯成国;曹巨江;张磊5.基于ANSYS Workbench的DVG850工作台系统的模态分析及优化 [J], 弋江淼;高东强;张菲;林欢因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
VDF850数控机床主轴动态特性分析
VDF850数控机床主轴动态特性分析范登科;欧淑彬;朱小龙;刘超峰;陈雷【摘要】基于VDF850数控机床主轴单元的动态特性,采用弹簧模拟主轴—轴承结合面的弹性支承,建立主轴单元动力学分析的有限元模型.利用有限元仿真软件ANSYS对主轴进行模态和谐响应分析,研究主轴固有频率和预紧力的映射关系,获得切削力激励主轴单元的频率响应特性.结果表明:主轴单元固有频率随预紧力的增加略有增大;主轴的一阶临界转速远大于最高转速8000 r/min;主轴单元的动力学特性较好.【期刊名称】《安徽工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(035)004【总页数】6页(P330-335)【关键词】主轴;轴承;接触刚度;模态分析;谐响应分析【作者】范登科;欧淑彬;朱小龙;刘超峰;陈雷【作者单位】安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243032;安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243032;安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243032;安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243032;安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243032【正文语种】中文【中图分类】TP391.7主轴系统包括主轴、轴承、刀具和刀柄等零件，是数控机床的关键部件。
其中主轴部件在自身转动和切削力作用下易引起自激和强迫振动，致使主轴系统的加工精度和工件的表面质量降低，其动态特性直接影响数控机床的加工性能。
因此，研究主轴动态特性对机床的优化设计和制定合理的切削加工参数有重要的现实意义[1-2]。
有关主轴系统动态特性分析主要采用集中参数法、传递矩阵法、实验测试法和有限单元法等方法。
其中集中参数法对主轴模型分析来说过于简单，目前在主轴线性动力学研究中鲜有采纳，但在主轴非线性动力学行为研究中该方法能简化问题，抓住非线性特征[3]。
传递矩阵法存在模型精度问题，吴文镜等[4]提出的拓展传递矩阵法提高了主轴动力学建模精度，可满足工程需要。
实验测试法是主轴动力学研究的常用方法之一，但在主轴设计阶段实验无法进行，且约束方式也影响测试精度[5-6]，目前其多作为理论动力学模型的验证手段。
基于ANSYS Workbench的DVG850工作台系统的模态分析及优化
基于ANSYS Workbench的DVG850工作台系统的模态分析及优化弋江淼;高东强;张菲;林欢【摘要】@@%本文以DVG850高速立式加工中心工作台为例,利用ANSYS Workbench对其进行动力学研究.得出单丝杠工作台系统模态数据后,为提高系统固有频率,提出双丝杠工作台系统的四种优化方案,比较分析选出最优方案.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2012(034)023【总页数】2页(P55-56)【关键词】工作台系统;双丝杠传动;ANSYS Workbench;模态分析【作者】弋江淼;高东强;张菲;林欢【作者单位】陕西科技大学机电工程学院,西安710021;陕西科技大学机电工程学院,西安710021;陕西科技大学机电工程学院,西安710021;陕西科技大学机电工程学院,西安710021【正文语种】中文【中图分类】TH1220 引言工作台系统是DVG850高速立式加工中心的重要基础件，丝杠又是工作台系统的重要组成部分，它们的动态特性直接影响机床的加工精度，而传统的解析计算方法无法完成精确全面的计算和分析，因此需对工作台系统进行动力学研究[1]。
本文采用ANSYS Workbench对 DVG850工作台系统的固有振动特性进行分析并对其优化设计[2]。
1 单丝杠工作台系统有限元分析1.1 单丝杠工作台系统建模对模型进行简化。
在SolidWorks中得到如图1所示的实体建模装配图。
图1 单丝杠工作台系统装配图1.2 单丝杠工作台系统的模态分析注意忽略系统阻尼对其自身振动特性的影响，不考虑任何施加的力载荷，对材料的密度进行定义。
通过对模型添加材料信息、接触设置和位移约束等步骤完成建模[3]。
对其进行自由模态求解分析，提取其前5阶模态数据如表1所示。
表1 单丝杠工作台系统的模态频率与振型描述?由此可知，单丝杠工作台系统中丝杠变形较大，将影响加工中心的质量。
因此，需对工作台系统进行结构改进，提高其刚度和固有频率。
高速立式加工中心主轴箱豆包阻尼减振试验研究
所以在进行配比时应该使沙子的体积比大 的比例， 于钢球体积比的 2 倍以上， 这样豆包的阻尼特性才 可以充分发挥出来。表 1 中为试验方案中钢球和沙 子的配比情况。
图1 豆包阻尼的力学模型 表1 主轴箱一个三角空腔中加入的沙子和钢球比例
方案 沙子 4 6 钢球 / mm 8 10 12 14 15 1 体积比 80% 3% 3% 3% 3% 3% 3% 2% 质量 / kg 1. 750 0. 345 0. 345 0. 345 0. 345 0. 345 0. 345 0. 230 体积比 78% 3. 3% 3. 3% 3. 3% 3. 3% 3. 3% 3. 3% 2. 2% 2 质量 / kg 1. 959 0. 429 0. 429 0. 429 0. 429 0. 429 0. 429 0. 286
（ ShaanXi University of Science and Technology，College of Mechanical and Electrical Engineering，Xi’ an 710021 ， P． Ｒ． China）
［ Abstract］ Because the bean bag damping structure has the characteristics of flexible constraints， it is difficult to directly theory research，so the test technology bean bag damping effect is useas on the headstock were studied． different damping effect， so two kind of scheme were designed， the direcBean bag material proportion of different， tion of vibration and dynamic stiffness spectra were obtained by experiment. Through the analysis of increasing the bean bag material，the low frequency stiffness values become smaller，higher order frequency increases stiffness， the basis for the application of bean bag damping in vibration of spindle box. ［ Key words］ bean bag damping vibration attenuation dynamic stiffness bean bag ratio frequency headstock
基于ANSYS Workbench的DVG850滑座的拓扑优化
基于ANSYS Workbench的DVG850滑座的拓扑优化夏田;马晓钢;张功学
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2011(000)001
【摘要】以DVG850高速立式加工中心的基础件滑座为研究对象,使用SolidWorks进行了三维建模,通过SolidWorks与ANSYS Workbench的嵌套,将三维模型导入有限元软件ANSYS Workbench,对滑座模型进行了静刚度分析,并运用ANSYS DesignXplorer对其进行了优化设计,保证了滑座的静刚度要求,减少了滑座10%的质量,加强了相关移动部件的运动性能.
【总页数】2页(P107-108)
【作者】夏田;马晓钢;张功学
【作者单位】陕西科技大学机电工程学院,西安710021;陕西科技大学机电工程学院,西安710021;陕西科技大学机电工程学院,西安710021
【正文语种】中文
【中图分类】TH16
【相关文献】
1.基于ANSYS Workbench的DVG850工作台拓扑优化 [J], 高东强;毛志云;张功学;黎忠炎
2.基于ANSYS的加工中心滑座的拓扑优化设计 [J], 张向宇;熊计;郝锌;赖人铭
3.基于ANSYS Workbench的滑座有限元分析 [J], 余丕亮;林晓波;唐明松
4.基于ANSYS的加工中心滑座拓扑优化设计 [J], 张向宇;熊计;郝锌;赖人铭
5.基于ANSYS Workbench的DVG850工作台系统的模态分析及优化 [J], 弋江淼;高东强;张菲;林欢
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
DVG850工作台静、动态特性分析及结构改进
Ｃ Ｅ软件 ， Ｎ Ｙ ｒｂｎ ｈ ｎｉ ｎ ｎ（ ＷＥ 作 为新一代 多 Ａ Ａ Ｓ Ｓ ｋ ｅ ｃ ｖｒ ｍｅｔＡ ） Ｗｏ Ｅ ｏ 物理场协同 Ｃ Ｅ仿真环境 ， Ａ 它包含三个 主要模块 ： 几何建模模块、 有限元分析模块和优化谢 十莫 ｝ 块 本文采用 Ａ Ｓ Ｓ ｒｂ ｎｈ软 Ｎ Ｙ ｋｅｃ Ｗｏ 件对 Ｄ Ｇ ５ 工作台进行静力学分析和模态分析及优化设计 。 Ｖ ８０
ｌａ ｄｄ ｎ ｉ ｃ ａａ ｔ ｉ ｉ ｅｅｕ ｄ ｒ ａ ｄ ｄａｃ ｒｉ ｅｃ ｃ ｌ ｉｎｒ ｕｔＦｎ ｌ， ｅｄ ｓ ｎｏ ｅｊ ｎ ｙ ａ ｃ ｈ ｒｃ ｒ ｔ ｓｗ ｒ ｎ ｅｓ ｎ ｅ ｃｏｄｎ ｔ ｔ ａ ｕａ ｏ ｓ ｌ ．ｉａ ｙ ｔ ｅｉ ｔ ｍ ｅ ｓｃ ｔ ｇ ｏｈ ｌ ｔ ｅ ｓ ｌ ｈ ｇ ｆ ｈ
；
【 要】 Ｖ ８０ 速立式 摘 以Ｄ Ｇ ５ 高 加工中 心工作台为例， 利用Ａ Ｓ Ｓ ｏ ｂｎｈ Ｎ Ｙ ｒ ｅｃ 软件对工作台 Ｗ ｋ 进行 ｉ
｝ 静力学分析和 模态分析， 根据分析结果了 其静、 ｉ 解了 动态 － 特性。 应用Ａ ＳＳ ｒ ｅｃ 中的拓扑优化模 ｛ ＮＹ ｋ ｎｈ Ｗｏ ｂ
｝ 【 ｂｔ ｃ】 ａｉ ｅ ｏ ｔ ｌ ｏ ｉ －ｐｅ ｅ ｉｌ ａｈ ｉ ｅｔ Ｖ ８０ａ ｅａｐｅ Ｔｅ｛ Ａ ｓ ａｔ Ｔｋｎ ｔ ｒａ ｅ ｆＨｇ ｓｅｄｖｒｃ ｃｉｎ ｃｎ ｒ Ｇ ５ ｓ ｘｍ ｌ ｈ ｒ ｇｈ ｗ ｋ ｂ ｈ ｔａ ｍ ｎ ｇ ｅ Ｄ ，
ｓｉｎｓａ ｄａｌ ｔｗｒｂ ｅｄｅ 觎ｏ Ｎ Ｓ ｏｅ ． ｔｌ ｃ ａｉｎｍａｎｓｏｈ 。ａ ｒ。 ｂｍ ｓ Ｓ ｒ ｎＴ ｓｉ ａ ａｌ ｄｏ ａｉ ｋｌ ｅ ｎ ｙｅ Ａ ＹＷｋ ｃ ｅａ ｔ ｙ ｓ ｌ ｙ ｆｅ ｔｅ ｓ ｆ ｂ ｈ ｃ
机床静刚度测定实验报告
机床静刚度测定实验报告机床静刚度测定实验报告引言：机床静刚度是衡量机床刚性和稳定性的重要指标，对于机床的精度和工作效率具有重要影响。
本实验旨在通过测定机床静刚度来评估机床的性能，并对实验结果进行分析和讨论。
一、实验目的本实验的主要目的是测定机床的静刚度，具体包括刚度系数和刚度矩阵的测定。
通过实验结果，评估机床的刚性和稳定性，并为机床的使用和维护提供参考依据。
二、实验原理机床静刚度是指机床在受力作用下产生的变形与受力之间的关系。
在实验中，我们使用加载法来测定机床的静刚度。
具体原理如下：1. 刚度系数测定刚度系数是指机床在受力作用下产生的变形与受力之间的比值。
在实验中，我们通过在机床上施加不同大小的力，测量机床的变形量，然后计算刚度系数。
通常，刚度系数可分为纵向刚度系数和横向刚度系数，分别对应机床在纵向和横向受力时的刚度。
2. 刚度矩阵测定刚度矩阵是描述机床刚度特性的矩阵，可以用来分析机床在不同方向受力时的刚度变化。
在实验中，我们通过在机床上施加力矩，测量机床的转动角度，然后计算刚度矩阵。
刚度矩阵可以用来评估机床在不同方向受力时的刚度响应。
三、实验步骤1. 准备工作：确保机床处于稳定的状态，并进行必要的调整和校准。
2. 刚度系数测定：在机床上施加不同大小的力，测量机床的变形量，并记录数据。
3. 刚度矩阵测定：在机床上施加力矩，测量机床的转动角度，并记录数据。
4. 数据处理：根据实验数据计算刚度系数和刚度矩阵，并进行分析和讨论。
四、实验结果与分析根据实验数据计算得到的刚度系数和刚度矩阵如下所示：纵向刚度系数：X = 1.5 N/mm横向刚度系数：Y = 2.0 N/mm刚度矩阵：K11 = 1.6 N/mm K12 = 0.8 N/mmK21 = 0.8 N/mm K22 = 1.2 N/mm从实验结果可以看出，机床在纵向和横向受力时的刚度系数略有差异，说明机床的刚度在不同方向上存在一定的差异。
刚度矩阵的结果显示，机床在不同方向上的刚度响应也存在差异，这对于机床的使用和维护提出了一定的要求。
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根据切削力变化 引起 的变形来确定最小 刚度值 ，既 由于切 误 差值较小 的误差。因此机床刚度 ｋ一般定义为径 向力 与垂
轴系统 ； 一方面改变 了机床 的进给运动分配方案 ， 由工作 台运动 削余量不均匀导致切削力变化而引起的与工件原有形状相似而
主轴最高转速 ２ ０ ０／ ｉ， ０ ０ ｒ ｎ快移速度 ４ ｍ ｍ ｎ ｍ ０ ／ ｉ。用这种机床 直于加工表面的变形 Ｙ之 比， ：＝ 既
；
【ｂ ｒ ｔ／ｏ ｅｔｉ ｒｅｈｓｎｌｂ ｒｔｅｔｎ ｓ ｅ ｕ ｏ ， ｉ ｆ ｉ ｅ一； Ａ ｓａ 】ｎｒ ｒ ｐ ｙ ｔ ｉ ｅｏｓｕｕ ｉｅ ｒ ｒｓ ｂ ｕｎｉ ｔ ｌ ｔｃ ｄ ｍ ｏ ｅｐ ｄ ｘｔｃｒｓ ｓ ｔ ｐ ｐ ｅ ｙｓｇ ｎｅ ｅ ｏ ｆ ｈ
陆 君 父 怀 兴
（ 陕西 科技大 学 机 电工程 学院 ， 安 ７０ ２ ） 西 １０ １ Ｓ ａ ｉ ｔｆ ｅ ｓａ ａｌｓｓｆ ｒＤＶＧ８ ０ ｓ ｉｄｅ ｂ ｘ ｔ ｔ ｓｉｎ ｓ ｎ ｙ ｉ ｏ ｃ ｆ ５ ｐｎ ｌ ｏ
Ｌ ｕ ， ＥＮ Ｈｕ ｉｘｎ ＵＪｎＷ ａ— ｉｇ
性能对于整个机床 的性能和加工精度具有非常重要的作用故对 式为 ： ＝ｆｐ１０ ０ ￣ ｐａ ８ ０ Ｎ ＝ 主轴箱的动静态特性 提出较高要求 。 径向铣削力 ： ： ， 计算机床主轴箱 刚度 的主要 目的为 ：保证机床主轴箱移动 ｊ
：０９ １２ Ｎ
一切削力系数 （ ／ ｍ） Ｎｍ 可在切削手册 中查到。 时 ，由部件重量所引起 的机床变形不致明显的影响机床几何精 式 中：
（ ｏｌ ｅ ｆ ｃ ｎｃｌ ｎ ｌ ｔｃ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇＳ ａ ｘ Ｕ ｉ ｒｉ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｉ ｎ７ ０ ２ ， ｈｎ ） Ｃ ｌ ｇ Ｍｅｈ ｉ ｄＥｅ ｒ ａ Ｅ ｇｎｅｉ ，ｈ ｎ ｉ ｎｖ ｓｙｏ Ｓ ｅ ｅａ ｄ ｃ ｎ ｌ ｙＸ ’ １０ １Ｃ ｉａ ｅ ｏ ａａ ｃｉ ｎ ｅ ｔ ｆｃ ｎ Ｔ ｏ ａ
｛ 【 要】 提高 摘 以 主轴箱 构刚 结 度为目 利用 元法 轴上 单位 的， 有限 在主 施加 静载荷， 析主轴箱 ｝ 分 的 ｛ 位移变 计算出 化， 主轴系 许的刚度值， 统允 并提出了影响和提高箱体刚度的因素和方法。为以 后更好的 ｝
｛ 进行主轴箱静态 特性的优化设计提供了 条件。 ｛ 关键词： 主轴箱； 静刚度； 有限元 ｌ ；
．
中图分 类号 ： Ｈ１ ２ 文献标 识码 ： Ｔ ２ Ａ
． —
Ｌ
—— 一
１日 Ｕ吾
立式高速加工 中心采用普通立式加工的形式 ，刀具主轴垂
２载荷分析
在 Ｄ Ｇ５ Ｖ ８ ０立式加工 中心 的主轴中心点处施加不同方 向的
直设置 ， 能完成铣削、 镗削 、 钻削 、 攻螺纹等多工序加工 ， 适宜加工 单位静载荷 ， 通过高速加工中心在单位静载荷作用下的变形 ， 可 高度尺寸较小的零件 。 但立式 高速加工中心在普通立式加工中的 以计算出加工 中心的静 刚度 。 基础上作了两大方面改进 ， 一方面 由电主轴单元代替了原来 的主
机 械 设 计 与 制 造
２１ ８
文章编号 ：０ ｌ ３ ９ （０ １０ — ２ ８ ０ １０ 一 ９ ７ ２ １ ）３ ０ １ — ２
第 ３期
２ １ 年 ３月 ０ １
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓ ｇ
＆
Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆ ｃｕ ｅ
Ｄ Ｇ５ Ｖ ８ ０主轴箱静 刚度 分析 术
加工某大型模具时 ， 与传统工艺相 比 ， 加工时 间从 ３０ （ ５ ｈ 包括光
现以加工合金结构钢 ４ Ｃ 为例根据铣 削参 数 ： ０ｒ 每转进给量
整时间 １０ ） 到 ４ ｈ ０ ｈ 缩短 ０ 。加工 中心主轴箱支承着 主轴其动静态 ｆ ３ ｍ ｒ单位切削力 ｐ ２ ０ Ｎ、 ＝ ｍ ／、 ＝ ０ ０ 背吃刀量 ％＝ ｒ ３ ｍ。铣削力计算公 ａ
பைடு நூலகம்
｛ ｅｔ ｅ ｏ ｐ ｉ ｅ ｎ ａｃｏ ｅｐ ｄ ｎ ａｓｉ ｓｌｅｅｔｆ ｓｉ ｌｂ ， ｍ ｎｍｔ ｄｐｌｎ ｔ ｉ ｔｉｌｄ ｎｈ ｓｉ ｌａｄ ｎｌｉ ｇ ｉ ａ ｍｎｏ ｐｎ ｅ ｏ ｝ ｈ ａ ｙ ｇｈ ｕ ｔ ｔ ａ ｏ ｔ ｎ ｅ ａ ｙｓ ｄｐ ｃ ｓ ｎ ｄ ｘ ｛ａ ｕ ｅ ｅｖ ｕ ｏｓｉ ｌ ｓ ｔ ｔｎｓ， ｄｐｔｏ ａ ｅｓ ｎｓ ｉ ｕｎｅ ａｔｓ ｎ ｅ ｃｌ ｌ ｄｔ ａ ｅｆ ｐｎ ｅ ｙｅ ｓｆｅ ａ ｕｆｒ ｒ ｔ ｔ ｅ ｆ ｅ ｃｒ ａｄｔ ｝ ｃ ａ ｈ ｌ ｄ ｓｍ ｉ ｓ ｎ ｗ ｄ ｈ ｉ ｓ ｎ ｃ ｆ ｏ ｈ ｔ ｆ ｆ ｌ
度、 定位精度 、 位移精度 。
… … 】 … ，… 一 】 … … 】 Ｈ … 】
根据机床变化引起 的变形来确定机床主轴系统允许 的刚度
★ 来稿 日 ：０ ０ ０ — ６ ★ 期 ２ １— ５ １ 基金项 目：高档数控机床与基础制造装备 ” “ 科技重大专项 （ ０９ Ｘ ４ ０ — １ ） ２ ０ Ｚ ０ ０ １０ ４
｛ｔｏｐｅ帆ｅｆ．ｉ ａｆｈｔｅｍ ｄｏａｈ； ｏ ｏｈｂｇｎＰｄｃｔｏ ｅｔｒｉ ｉｂｔｃ ； ｍｓｉ ｉｎｅｏ ｎｏ ｔ ｅｆｎ ｅ ｓ ｅｔｆ眺 ｎｔｓ ｄｏ ｃｓ ａ ａｉ ｆ ｔ ｓ ｎ ｐ ｔ ｒ ；ｈ ｍｖｅｄ；ｉ ｔｒｅｏｉｎ ｅｐｒ ｓｌｘｉａ Ｋｅ ｗｏｒｔｌ ｅｆｓｖ０ｄｍｅｒｂｒｏｇｎ ｃ 一 ｙ ｒｓ ｐ ｄ ｂｘＳ ｔ ｓｆ ｅ ；ｉ ｔｅ ｄ： ｉ ｅ ｏ ｔ ｉ ｉ ｓ Ｆ ｉ ｅ ｔ Ｓｎ ａｃ ｆ ｓ ｎｅ ｌ ｎ ；
测量变幅杆谐振频率符合要求 ，之后将变幅杆与超声波发生 比。 ２ 从表 ３可知 ， （） 理论计算 、 有限元分析 、 实验测量结果基本接 说 器相连进行试振实验， 结果在 １４ ３ 频率处振动效果最佳。 ４ ２ Ｈｚ 将测 近 ， 明有限元方法可以用于变幅杆设计。使 用有 限元法对变幅 得 的实际结果与理论计算和模态分析所得结果比较 ， 如表 ３ 所示。