高速电主轴系统动态特性分析及其对铣削稳定性的影响研究

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高速电主轴系统是机床加工的关键部件之一,其动力学特性对机床的加工质量及切削稳定性影响尤为显著。因此有必要对高速电主轴系统的动态特性及其对切削稳定性的影响进行深入研究。建立了主轴-轴承耦合刚度模型以及考虑主轴系统结合部特性的主轴-刀柄-刀具双并联转子系统模型,将两个模型进行组集并对主轴系统动态特性进行了分析。建立了简化的铣削稳定性模型,将主轴系统刀尖点频响函数作为输入,研究了高速电主轴系统动态特性对铣削稳定性的影响。主要研究内容如下:  (1)考虑定压、定位两种预紧方式,建立了主轴-轴承耦合刚度模型,以主轴挠度为迭代变量,采用有限迭代法对模型进行求解,分析了切削力对主轴系统刚度、主轴挠度和轴承支反力的影响规律,并通过主轴-轴承综合测试平台对所提出轴承刚度模型的有效性进行了验证。  (2)用基于频响函数的实验方法对主轴系统结合部刚度进行了辨识,分别建立了轴承结合部刚度的串联模型和考虑主轴-刀柄-刀具结合部特性的双并联转子系统模型,通过这两个模型对系统动力学方程进行组集。对主轴系统动力学方程进行求解得到系统涡动频率、频响函数,并研究了转速、结合部刚度对系统固有频率、临界转速以及刀尖点频响函数的影响规律。  (3)建立了简化的铣削模型,通过求解其特征方程得到了系统稳定的临界条件,总结了系统稳定性叶瓣图的绘制方法和步骤。将铣削参数和主轴系统刀尖点频响函数作为输入,绘制出了系统稳定性叶瓣图,并通过叶瓣图研究了主轴系统结合部特性对铣削稳定性的影响规律。
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