基于ABAQUS的JKM8330数控机床砂轮主轴有限元分析.pdf

D e sig n a n d R e s e a 设计与研究 基于 AB A QUS的 J K M8 3 3 0数控机床 砂轮主轴有限元分析 木 王成禹① 王玉琢② 邹世文② 彭灵辉② 胡建华② 姚青青② 姚海彪② ①清华大学航天航空学院， 北京 1 0 0 0 8 4 ； 江西杰克机床有限公司， 江西 吉安 3 4 3 0 0 8 摘要应用 P y t h o n语言实现对 A B A QUS的二次开发 ， 建立了 J KM8 3 3 0数控机床砂轮 主轴的三维模型 。 采用弹簧单元模拟轴承支承的弹性支承边界条件， 建立了砂轮主轴的动力学有限元分析模型。 研究 其在不 同边界条件下的模态特性。通过参数化讨论的研究方法 ， 深入研究了主轴振型对高速数控 磨床加工精度的影响 ， 获得了不同弹性支承刚度对主轴模态频率的影响规律。研究结果为高速数 控磨床的结构优化设计提供 了理论依据。 关键词 AB AQU S ； 砂轮主轴 ； 弹性支承； 模态分析； 有限元 中图分类号 T P 3 9 1 ． 9 文献标识码 A F i n i t e e l e me n t a n a l y s i s o f J KM8 3 3 0 CNC ma c h i n e g r i n d i n g wh e e l s p i n d l e b a s e d o n AB AQUS WANG C h e n g y u ① ， W ANG Yu z hu o ② ， ZOU S h i we n ② ， P E N G L i n g h u i ② ， HU J i a n h u a ② ，Y A O Q i n g q i n g ②， Y A O H a i b i a o ② j S c h o o l o f A e r o s p a c e ， T s i n g h u a U n i v e r s it y ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 4 ， C H N； J i a n g x i J A C K M a c h in e T o o l C o ． ， L t d ． ， j i ’ a n 3 4 3 0 0 8 ， C H N Ab s t r a c t T h e t h r e e - d i me n s i o n a l mo d e l o f J KM8 3 3 0 CN C ma c h i n e g r i n d i n g w h e e l s p i n d l e i s e s t a b l i s h e d b a s e d o n A B A Q U S ． T h e s p ri n g e l e me n t s a r e a d o p t e d t o s i m u l a t e t h e e l a s t i c s u p p o r t b o u n d a r y c o n d i t i o n s ．T h e d y n a mi c me c h a n i c s f i n i t e e l e me n t a n a l y s i s mo d e l f o r g r i n d i n g wh e e l s p i n d l e i s p r o p o s e d t o s t u d y t h e mo d a l c h a r a c t e ris t i c s for d i f f e r e n t b o u n d a r y c o n d i t i o n s ．A n u me ric a l p a r a me t r i c a l s t u d y i s c o n d u c t e d t o d i s c u s s t h e e f f e c t o f t h e ma i n s h a f t v i b r a t i o n mo d e o n t h e ma c h i n i n g p r e c i s i o n o f h i g h s p e e d C NC g rin d i n g ma - c h i n e，a n d t h e i n flu e n c e l a w o f t he e l a s t i c s u p p o r t s t i f f n e s s O ff t h e s p i n d l e mo d a l i s o b t a i n e d． I t i s s i g n i f - i c a n t t o P r o v i d e t h e o r e t i c a l r e f e r e n c e s for t h e s t r u c t u r e o p t i mi z a t i o n d e s i g n o f h i g h s p e e d g r i n d i n g ma c h i n e ． K e y w o r d s A B A Q U S ； g r i n d i n g w h e e l s p i n d l e ； e l a s t i c s u p p o r t ；m o d a l a n a l y s i s ； F E M 大功率高刚性高速主轴单元是实现高速高效高精 磨削的关键， 此类主轴单元目前主要应用在采用 C B N 砂轮磨削的凸轮轴高速精密加工装备中。随着我国汽 车实施欧五排放标准的 日益 临近 ， 大功率高刚性高速 主轴单元的应用必将 日益广泛 。然而随着主轴单元转 速的不断提高， 所带来的问题也越来越突出， 其动、 静 态性能对高速数控磨床的加工精度具有非常重要的影 响u j 。为了提高高速数控磨床的加工精度、 可靠性和 加工性能， 国内外学者对高速主轴等关键部件做 了大 量的研究工作 。 砂轮主轴在高速旋转的情况下， 可能因砂轮主轴 国家科技重大专项项 目 2 0 1 5 Z X 0 4 0 0 2 0 2 2 0 0 4 的不平衡严重影响加工精度， 甚至引起配套液压轴承 等关键部件的失效破坏 。由于主轴单元在高速运转时 产生的振动无法通过或者由于结构的原因不能通过在 线动平衡 的方式进行消减 ， 所造成的后果是磨削表 面 质量的下降以及 C B N砂轮耐用度的显著降低等。故 为了消减高速振动除了需要提高主轴组件的支撑刚性 和动平衡精度外 ， 还有非常重要的一点是要对主轴组 件本身的动态特性进行分析与优化设计， 通过优化设 计确定主轴组件支撑刚性的合理范围及动平衡精度， 从而保证主轴单元高速运转的平稳性。 基于 A B A Q U S有限元分析软件建立 了 J K M8 3 3 0 7 9