【正文】 (2)CK6132 車床精車時， 因主軸組件變 形 (包括軸承、主軸箱、主軸和工件 )，由此產(chǎn)生的直線度誤差為 105m。 同理施加約束在前端軸承上，坐標(biāo)為（ ， ），施加約束為 UX、 UY,UZ。切削參數(shù)為：v=50m/min， f=~。這些載荷均施加在主軸的有限元模型，為了將載荷施加于相應(yīng)的節(jié)點上，對主軸的有限元模型加載區(qū)域進行網(wǎng)格細(xì)化。 2)定義單元類型 單元類型（ Element Type）的定義用來決定用什么形狀的微元來離散主軸。即用較高的切削速度和較大的進給量，可以允許較大的極限切削寬度。 瑞典 SKF 公司推薦，把主軸當(dāng)作一個簡支梁，支承中間承受一集中載荷，對于一般生產(chǎn)型機床如車床和銑床等， K≥ 250N/μ m。后者處理模型中特定點在所有載荷步（整個 第頁共 34 頁 瞬態(tài)過程）的結(jié)果。各種鋼材的彈性模量幾乎沒有什么差別，因此剛度不是選擇材料的依據(jù)。 CK6132 主軸軸承徑向剛度如下： 表 CK6132 主軸軸承徑向剛度 前軸承 后軸承 軸向剛度 1316N/μ m 729N/μ m 296N/μ m 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 主軸的構(gòu)造和形狀主要決定于軸上所安裝的傳動件、軸承等零件的類型、數(shù)量、位置和安裝方法等。要求較低的主軸或三支承主軸的輔助支承可用 P5 級。為了提高精度和剛度，主軸軸承的間隙應(yīng)該是可調(diào)的。 耐磨性 主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度。這個差異，對于精密和高精度機床是不能忽略的。變頻器選用的是CVFG2RT0037 通用變頻器，額定容量 額定輸出電流 ,適配電動機。該機床配置國產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。第一臺數(shù)控機床是由美國Parsons 公司與美國麻省大理工學(xué)院（ MIT）于 1952 年合作研制成功的，當(dāng)時是為了加工直升飛機螺旋槳葉片輪廓的檢查樣板。而在實際結(jié)構(gòu)設(shè)計時，仍取較大的安全系 數(shù)，結(jié)果使結(jié) 構(gòu)尺寸和重量加大，不能很好地發(fā)揮材料的潛能，機床結(jié)構(gòu)性能難以提高，特別是在加工中心主軸部件設(shè)計時，沒有有效的計算方法，就無法對結(jié)構(gòu)方案設(shè)計提供可靠的依據(jù)，只能依靠以往的經(jīng)驗進行局部修正，無法進行優(yōu)化設(shè)計 。由于計算繁冗，時間耗費大，有些項目甚至無法計算。 和 對高速主軸一軸承系統(tǒng)的動力學(xué)特性進行了詳細(xì)研究，指出在高速條件下滾動軸承的剛度隨轉(zhuǎn)速的升高而降低，導(dǎo)致主軸系統(tǒng)的固有頻率隨之下降。 綜合以上文獻資料可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)國外對機床動靜態(tài)特性的研究十分活躍，前人在這方面做了大量的工作，為我們對 CK6132 數(shù)控車床的主軸組件分析提供了參考。主軸能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速稱為主軸的計算轉(zhuǎn)速。因此，對于主軸組件，又有許多特殊要求。溫度使主軸箱發(fā)生熱膨脹，使主軸偏離正確位置。角接觸軸承包括角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，兼起徑向和推力 支承的作用。這種軸承為點接觸，剛度較低，為了提高剛度和承載能力，常用多聯(lián)組配的辦法 . 軸承精度 軸承的精度，分為 0 五級其中 2 級最高， 0 級為普通精度級。 對于球軸承，剛度與載荷的 1/3 次冪成正比，預(yù)緊力對剛度的影響是明顯的，計算時應(yīng)考慮預(yù)緊力。因此在一般情況下，強度不是需要考慮的主要問題。 施加載荷求解 —— 定義分析類型（靜力分析）、施加載荷和邊界條件、求解。如果主軸上裝有電動機轉(zhuǎn)子（內(nèi)連式電動機），則轉(zhuǎn)子處的撓度不得超過電動機轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙的 1/10。逐步降低。 主軸 ANSYS 分析的一般過程 ①建立模型 1）建立 ANSYS 分析模型 在進行靜力分析時為了較好的反映實際工況，將把卡盤和工件（工件尺寸Ф 60mm 90mm ）一并考慮。在轉(zhuǎn)矩載荷步中，主軸與齒輪接觸處的斷面上的所有節(jié)點施加約束 UX=0、 UY=0、 UZ=0。 車床的切削穩(wěn)定性如下： 工件材料 —— 45 鋼，懸臂安裝，橫向切削。 Main Menu:SolutionAnalysis TypeAnalysis Options 命令，打開 Modal Analysis 設(shè)置對話框，要求進行模態(tài)分析設(shè)置，選擇“ Block Lanczos”，在 nodes to expand 文本框中輸入 10，單擊 OK 按鈕。 第頁共 34 頁 主軸的靜態(tài)性能。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、深厚的學(xué)術(shù)造詣、寬厚待人的品格使我 受益匪淺 ,將永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)的楷模 ,并且將對我今后的學(xué)習(xí)工作產(chǎn)生積極的影響。 查看列表中的信息確認(rèn)無誤后，單擊 OK 按鈕，開始求解。 要求 CK6132 車床穩(wěn)定性一般時極限切削寬度 blim=。還提供了基于迭代求解法的 JGG（ the Jacobi Conjugate Gradient solver ）求解器、 PGG(the Preconditioned Conjugate Gradient solver) 求解器、 ICCG(the Inplete Cholesky Conjugate Gradient solver)求解器。對于有些單元必須輸入實常數(shù)，而對于有些單元則不需要輸入實常數(shù)， solid95 實體單元就不需要輸入實常數(shù)。這時的 Kab最大，即允許的 blim最小，這是偏于安全的。在設(shè)計機床時，可以根據(jù)機床的尺寸和性能，事先規(guī)定一個最大切削寬度，從而求得對機床的剛度要求 K=Kabblim/2ζ (1+ζ ) 表 切削 45 鋼時的 Kab 和 β 值 切削速度v(m/min) 50 100 200 每轉(zhuǎn)或每齒進給量（ mm） 切削系數(shù)（ N/μ m K=P/δ (N/μ m) （ ） 雖然多數(shù)機床可以用彎曲剛度作為衡量主軸組件剛度的指標(biāo)，但也有例外。在頭部錐孔，定心軸頸或定心錐面等部位，高頻淬硬至 HRC50— 55。 主軸頭部的構(gòu)造，應(yīng)保證夾具、頂尖或刀具的準(zhǔn)確安裝，并便于裝卸，還應(yīng)盡量縮短主軸端的懸伸長度。它們的旋轉(zhuǎn)精度相當(dāng)于 P4 級和P2 級，而內(nèi)、外匿的尺寸精度則分別相當(dāng)于 P5 級和 P4 級。 ①雙列圓柱滾子軸承（ NNU4900K、 NN300K），內(nèi)孔為 1： 12的錐孔，與主的錐形軸頸相配合，軸向移動內(nèi)圈，可把內(nèi)圈脹大，以消除徑向間隙或預(yù)緊，這種軸承只能承受徑向載荷。如果裝有滑動軸承，則軸頸的耐磨性對精度的保持影響很大。 靜剛度 靜剛度或簡稱剛度，反映了機床或部、組、零件抵抗靜態(tài)外載荷的能力。主軸分級變速箱公比 φ Rap，所以 車床轉(zhuǎn)速在 380—950r/min 范圍內(nèi)功率不足（相當(dāng)于此時電機功率最低只有 3 380/950＝ ）。 第二章 數(shù)控車床的主傳動設(shè)計 機床主傳動變速系統(tǒng)的參數(shù) 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。） 20世紀(jì) 60年代末，出現(xiàn)了直接數(shù)控系統(tǒng) DNC（ direct NC），即由一臺計算機直接管理和控制一群數(shù)控機床。 1943年，數(shù)學(xué)家 首次提出離散的概念，他將一個連續(xù)的整體離散成有限個分段連續(xù)單元的組合，并第一次嘗試應(yīng)用三角形單元的分片連續(xù)函數(shù)和最小勢能原理相組合，來求解 St． Venant 扭轉(zhuǎn)問題。機床結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算一直沿用一般的結(jié)構(gòu)計算方法。 目前，國 內(nèi)外機床廠家已經(jīng)在機床設(shè)計中廣泛地應(yīng)用有限元分析方法，并在機床基礎(chǔ)件（如床身、立柱、框架等）和主軸部件等的靜、動態(tài)特性分析計算中取得成就。隨著超高速切削機理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具、大功率高速電主軸、高加／減速度的進給運動部件以及高性能控制系統(tǒng)和防護裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，新一代高速數(shù) 控機床將應(yīng)用于機械制造業(yè)。在這個區(qū)域內(nèi)，主軸的輸出扭矩應(yīng)隨轉(zhuǎn)速的降低而加大。所以主軸組件的工作性能，對加工質(zhì)量和機床生產(chǎn)率有重要影響。主軸的固有頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于激振力的頻率，使它不易發(fā)生共振。這時因滾動軸承可以用潤滑脂潤滑以 第頁共 34 頁 免漏油。其中 α ＝ 250的編號為 7000AC型屬特輕型；編號為 7190AC 型，屬超輕型。它隨載荷的增大而增大。因此，后軸頸的直徑往往小于前軸頸。 靜力分析中固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定，即假定載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時間的變化非常緩慢。例如有的資料推薦，在額定載荷作用下，主軸端部的變形，不得超過精度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的主軸端部徑向跳動的 1/3。因此， Y 向的剛度 Ky=Py/y=Pcosβ /y 即 Ky≥ Kabblimcosβ /2ζ (1+ζ ) () 車削外圓時 ,Py=Pcosβ cosφ 因此 Ky=Kabblimcosβ cosφ /2ζ (1+ζ ) () 以上式中 Kab—— 車銑時的切削系數(shù)（ N/μ m主軸的第一工況雖然對主軸的作用力最大，但力的作用點較靠近主軸前支承，當(dāng)在運動和動力由高速齒輪（ Z=45）傳入，車床進行粗車加工時（切削用量：n=530r/min,ap=,f=，電機輸出功率 3kw），此工況稱為主軸第二工況。分析 CK6132 主軸時，分成兩個載荷步進行求解，一個是力載荷步，另一個是轉(zhuǎn)矩載荷步， ANSYS 分析模型見圖 和圖 ，然后通過后處理中的載荷工況 (load case ）求和操作，得到主軸在彎曲、扭轉(zhuǎn)和壓縮狀態(tài)下的應(yīng)力和變形。機床的主軸剛度則是主軸重要性能之一，它反映了機床抵抗外載荷的能力，對于高精度機床而言，主軸剛度對機床的性能影響則更為重要。 ANSYS 模態(tài)提取方法 ANSYS 提供了七種模態(tài)提取方法：它們分別是子空間法（ Subspace）、分塊 第頁共 34 頁 蘭索斯法（ Bock Lanczos）、 Power Dynamics 法、縮減法（ Reduced）、非對稱法（ Unsymmetric）、阻尼法（ Damped）和 QR 阻尼法（ QR Damped），前五種應(yīng)用于無阻尼自由振動，阻尼法和 QR 阻尼法允許在結(jié)構(gòu)中存在阻尼。主軸分級變速箱公比 φ Rdp，所以車床轉(zhuǎn)速在380950r/min 范圍類功率不足。 CK6132 車床的 主傳動功率 .............................................. 錯誤 !未定義書簽。 第頁共 34 頁 模態(tài)分析計算結(jié)果見表 SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE 1 1 1 1 2 1 2 2 3 1 3 3 4 1 4 4 5 1 5 5 6 1 6 6 7 1 7 7 8 1 8 8 9 1 9 9 10 1 10 10 利用 ANSYS 對 CK6132 數(shù)控車床的主軸組 件和主軸進行了模態(tài)分析，得到以下結(jié)論： CK6132 數(shù)控車床的主軸組件的橫向振動的最小固有頻率為 ,主軸的固有頻率與主軸的質(zhì)量分布有關(guān)，當(dāng)主軸上無工件時的固有頻率頻率比主軸上夾持工件時高；提高主軸的支承剛度，可以提高主軸的固有頻率；車床在加工過程中使用尾座支撐工件，可顯著提高主軸組件的固有頻率。 圖 主軸組件在切深方向的變形 ② 主軸的第三工況 ,屬于精車加工 , 主軸組件在切深方向的變形，直接對工作形狀