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1、歡迎訪問第1論文網(wǎng)數(shù)控臥鏜加裝平旋盤對(duì)主軸部件動(dòng)態(tài)特性的影響歡迎訪問第1論文網(wǎng)    歡迎訪問第1論文網(wǎng) 臥式數(shù)控銑鏜床主軸部件結(jié)構(gòu)不同于其他機(jī)床，它是由空心軸(銑軸)、鏜軸以及空心軸上的齒輪、緊固元件、密封元件、軸承和平旋盤等多個(gè)元器件組成的多層次結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)這種多層次結(jié)構(gòu)，機(jī)床分別具有鉆孔、鏜孔、銑平面和車外圓及車端面的功能。裝設(shè)平旋盤可增加車削功能，但由此而對(duì)鉆鏜孔和銑削功能有什么影響，這是設(shè)計(jì)者和用戶們所關(guān)心的。    1主軸部件動(dòng)態(tài)特性數(shù)學(xué)模型的建立 1.1動(dòng)力學(xué)模型的建立  主軸部件動(dòng)

2、力學(xué)模型的建立，是進(jìn)行主軸部件動(dòng)態(tài)特性研究的基礎(chǔ)。以TKP6511-3型數(shù)控銑鏜床主軸部件為樣機(jī)，通過對(duì)其結(jié)構(gòu)分析，合理簡化，建立相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，對(duì)裝有平旋盤和未裝平旋盤兩種實(shí)際機(jī)床進(jìn)行計(jì)算和參數(shù)識(shí)別，確定反映主軸部件動(dòng)態(tài)特性的一些重要參數(shù)值。基于這樣的認(rèn)識(shí)，對(duì)復(fù)雜的主軸部件著手建立動(dòng)力學(xué)和數(shù)學(xué)模型。對(duì)該主軸結(jié)構(gòu)，建立動(dòng)力學(xué)模型有諸多難點(diǎn)，比如，如何提供三個(gè)主運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切削的三層主軸之間的相互關(guān)系，又如何處理滾動(dòng)軸承及滑動(dòng)軸承的間隙、摩擦等諸多問題。因此，構(gòu)建符合實(shí)際情況、反映臥式銑鏜床主軸部件本質(zhì)特性的動(dòng)力學(xué)模型，就成為保證所求主軸動(dòng)態(tài)特性具有足夠精度的關(guān)鍵。

3、60;采用集中參數(shù)系，把主軸部件簡化為具有若干集中質(zhì)量的多自由度系統(tǒng)，把平旋盤同主軸部件的截面有突變處及齒輪、緊固元件、支承元件等其他集中質(zhì)量一樣，均作為節(jié)點(diǎn)，按兩層主軸處理，分別建立鏜軸和空心軸(銑軸)的動(dòng)力學(xué)模型。  其中，將空心軸支承軸承簡化成既有徑向支承剛度K和徑向阻尼C，又有角向支承剛度K和角向阻尼C的彈性支承單元，而將鏜軸的支承單元簡化成具有徑向支承剛度K和徑向阻尼C的有間隙的松支承單元。  將平旋盤與空心軸聯(lián)接處視為一個(gè)作用面，并用具有等效扭轉(zhuǎn)剛度K和扭轉(zhuǎn)阻尼C的等效法蘭來代替。  1.2數(shù)學(xué)模型的建立  在已建立的主軸部件動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)

4、上，通過細(xì)化，分別建立質(zhì)量單元、梁段單元、支承單元、松支承單元及結(jié)合面單元的動(dòng)力學(xué)模型。分別對(duì)這些單元?jiǎng)恿W(xué)模型建立力的平衡方程式，即得到各單元的數(shù)學(xué)模型。  式中，系數(shù)項(xiàng)為四階復(fù)數(shù)傳遞矩陣。為使傳遞矩陣接近實(shí)際情況，同時(shí)計(jì)入外力項(xiàng)，應(yīng)使傳遞矩陣增廣為五階復(fù)數(shù)矩陣，以模擬受迫振動(dòng)。由于復(fù)數(shù)矩陣計(jì)算比較復(fù)雜，為計(jì)算方便，先將這些單元模型實(shí)化，而后再建立數(shù)學(xué)模型。 由于為四階復(fù)數(shù)矩陣，則它的實(shí)部Ur和虛部Ui均為四階方陣，為1×4復(fù)數(shù)矩陣，其實(shí)部Pr和虛部Pi也均為1×4矩陣，則增廣實(shí)化后形成9×9階實(shí)數(shù)方陣。 實(shí)化后的Uj1、Zj、Zj

5、1取消了系數(shù)i1，使數(shù)學(xué)模型全部實(shí)數(shù)化，即消除了復(fù)數(shù)運(yùn)算的復(fù)雜性。將全部單元數(shù)學(xué)模型增廣實(shí)化后綜合起來，就構(gòu)成了主軸部件的數(shù)學(xué)模型。ZnTnZ0 其中，單元累積矩陣Tn為：Z0、Zn分別為初始端和最末端的實(shí)數(shù)狀態(tài)矢量。 1.3邊界條件處理 為建立求解聯(lián)立方程組所需的系數(shù)矩陣，可以根據(jù)邊界條件建立起初末參數(shù)矩陣V0、Vn。TKP6511-3數(shù)控銑鏜床的支承形式有自由端、鉸支端和固定端三種邊界情況，可分別求出各自的V0、Vn，將其分別右乘和左乘Tn，即得到相應(yīng)的系數(shù)矩陣T（）V0TnVn    2支承動(dòng)態(tài)參數(shù)識(shí)別 在通過脈沖激振

6、試驗(yàn)測出主軸部件動(dòng)態(tài)響應(yīng)的相關(guān)參數(shù)值的基礎(chǔ)上，采用傳遞矩陣概念，將單個(gè)彈簧和阻尼子結(jié)構(gòu)從復(fù)雜多自由度體系中分離出來，構(gòu)成識(shí)別支承剛度和阻尼方程。從而可計(jì)算確定出空心軸和鏜軸的各支承單元的支承參數(shù)K、K和C、C之值。本文采用錘擊激振，分別在空心軸和鏜軸前后端拾振，C語言編程，通過圖3所示的框圖計(jì)算，獲得裝有平旋盤與未裝平旋盤同機(jī)床主軸部件各支承參數(shù)的識(shí)別結(jié)果(見表1、表2)。 表1裝平旋盤主軸部件支承參數(shù)識(shí)別結(jié)果空心軸前支承軸承(71936CD)空心軸后支承軸承(71932CD)空心軸平旋盤結(jié)合面鏜軸前支承軸承鏜軸后支承軸承K(Nm）267e09243e09412e08363e04C（NSm）1

7、37e05680e04254e04254e04K（Nmrad）351e06317e06887e06C（NmSrad）517e02486e02671e01表2未裝平旋盤主軸部件支承參數(shù)識(shí)別結(jié)果空心軸前支承軸承(71936CD)空心軸后支承軸承(71932CD)鏜軸前支承軸承鏜軸后支承軸承K(Nm）307e09246e09418e08370e04C（NSm）157e05691e04242e04268e04K（Nmrad）371e06326e06C（NmSrad）536e02481e02     3主軸部件固有頻率 3.1固有頻率的計(jì)算 根據(jù)所建立的

8、數(shù)學(xué)模型和得到的邊界條件及支承參數(shù)，確定出求解主軸固有頻率的方陣T（）。 式中Tij累計(jì)矩陣Tn的對(duì)應(yīng)元素 由于T（）是代數(shù)多項(xiàng)式，式中的值為未知數(shù)。在一定范圍內(nèi)“掃頻”，凡輸入的值符合式(5)關(guān)系的，即為系統(tǒng)的固有頻率。計(jì)算得到裝有平旋盤的空心軸與未裝平旋盤的空心軸和鏜軸的固有頻率分別為198.5Hz、255Hz和6475Hz。 3.2實(shí)驗(yàn)實(shí)測固有頻率 在裝有平旋盤機(jī)床和未裝平旋盤同一類機(jī)床上進(jìn)行脈沖激振實(shí)驗(yàn)。用CF920小型FFT分析實(shí)測結(jié)果為：裝有平旋盤的空心軸一階、二階固有頻率分別為187.5Hz和235.0Hz，鏜軸為617.5Hz；未裝平旋盤

9、的空心軸的一階、二階固有頻率分別為212.5Hz和350Hz，鏜軸為610Hz。將計(jì)算和實(shí)測的參數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，可知，計(jì)算值與實(shí)際測量值的相對(duì)誤差小于7%，說明理論模型具有實(shí)際指導(dǎo)意義。 由于整個(gè)主軸系統(tǒng)為三層主軸，而平旋盤作為較大的回轉(zhuǎn)質(zhì)量附加在空心軸的前端，導(dǎo)致空心軸前支承軸承的K值和C值有較大變化，而K值和C值的變化不大。又因空心軸后支承軸承和鏜軸不與平旋盤直接接觸，因而裝與不裝平旋盤對(duì)空心軸后支承軸承參數(shù)和鏜軸支承參數(shù)影響不大。由計(jì)算和實(shí)測結(jié)果可知，裝有平旋盤的空心軸其一階固有頻率有所下降，約為不裝平旋盤空心軸的12%，其二階固有頻率下降很大，約為33%，而鏜軸固有頻率變化卻非常小。故安裝平旋盤后會(huì)降低空心軸的固有頻率，特別是二階固有頻率降低更大，而不影響鏜軸的固有頻率。平旋盤的安裝是用來車削直徑大而軸向長度短的外圓、內(nèi)孔及其端面的，卻降低了空心軸(銑軸)的剛度，即降低了銑削功能。該結(jié)論提示我們，在設(shè)計(jì)和使用臥式數(shù)控銑鏜床時(shí)，首先要明確安裝平旋盤是否有必要，