浅谈数控机床轴承预紧对主轴刚度的影响

  【摘 要】加工制造业的开展,对数控机床的加工精度有了更高的要求。机床主轴的功能对机床的加工质量具有重要的效果。对轴承进行恰当的预紧,对进步主轴的刚度和固有频率都具有积极的效果。本文侧重评论不同的轴承预紧对主轴刚度和固有频率的影响,为主轴体系的规划和改善供给参阅。

  【关键词】数控机床;轴承预紧;主轴刚度;固有频率

  社会经济的开展,加工制造业也加快了开展的脚步,加工件的精度要求和加工功率都有了显着的进步,这为数控机床的机械加工带来了应战与压力。主轴体系作为数控机床的关键部分,其功能和工作功率对工件加工的质量有直接的影响,特别关于高精数控机床来说,主轴的精度与主轴的刚度休戚相关。为了到达进步主轴刚度的目的,多采纳对主轴预紧的办法,假如预紧后没有到达抱负的刚度要求,选用添加预紧量的办法对主轴刚度进行进一步的进步也是解决的办法之一。可是关于高速机床来说,角触摸球轴承的预紧要控制在必定的规模之内,要进步主轴刚度,预紧量是否有必要进步、进步多少是有必要考虑的问题。

  1、主轴刚度和轴承游隙

  机床主轴的结构图参见下图1所示,后端支撑由两个圆柱滚子轴承,前端支撑为四个角触摸球轴承。

  

 

  在无压力载荷的情况下,轴承在内外环之间的最大位移即是角触摸球轴承游隙。游隙分为轴向游隙和径向游隙。在装置角触摸球轴承的时分需求依据实践的使用情况对游隙进行必要的恰当的调整,轴承要得到杰出的刚性和旋转精度,就应该尽量工作在零游隙的情况下工作。关于大多数轴承来说,在一种过盈的工作状况下工作,在滚道和滚体之间存在需求存在必定程度上的预变形,也就是对轴承进行预紧。预紧后的轴承,游隙削减或者消除,主轴遭到各个方向的翻滚体的支撑,关于主轴的刚度和精度的进步都有积极效果。在消除轴承的游隙之前,与滚道直触摸摸的只是部分翻滚体,假如对轴承进行预紧后,会有更多的翻滚体与滚道触摸,则各个翻滚体的载荷受力会更加的均匀,这对轴承的刚度和旋转精度的进步十分有利。可是预紧的程度也要控制在恰当的规模内,假如程度过大,轴承在工作时会使温度过热,发作轴承咬住的情况,简单损坏轴承。因而,在进行预紧的过程中,要充沛考虑到温度的影响,对轴承损坏的影响,权衡利弊后,进行恰当适量的轴承预紧。

  2、轴承预紧对主轴刚度的影响

  依据已知条件,对主轴的静刚度进行界说,则刚度K与预紧力F,力效果点的挠度δ之间的关系式为:

  

 

  我们用支撑刚度持平的绷簧来替代轴承支撑,选取微预紧的轴承状况,预紧力F取200N。使用关系式核算球轴承刚度为7.6×108N/m,滚子轴承刚度涨幅跟着预紧量的添加无显着改动,能够取固定值2.6×109N/m。在轴端施加预紧力2400N后得到挠度,由此使用关系式核算主轴刚度为220N/μm。在轴承预紧规模内将轴承的预紧量不断的添加,核算得出轴承刚度的成果,如图2所示:

  

 

  能够看出,跟着球轴承预紧量的加大,主轴的曲折刚度也随之不断的添加。滚子轴承则增大到必定的规模后坚持平稳状况,能够得到后轴承预紧刚度到达必定规模后对主轴曲折刚度无影响。因而,前端轴承的预紧对主轴刚度进步具有显着的效果。

  3、轴承预紧对主轴固有频率的影响

  在主轴的规划中,主轴结构的固有频率和振型作为重要的参数,有必要对其进行核算和剖析。本文对机床主轴进行动态剖析,主轴的动态功能受装置在上面的卡盘等部件的影响较大,在进行主轴的有限元建模的时分,有必要将这些部件对主轴的影响考虑进去。在进行剖析时,用与轴承支撑刚度持平的绷簧来替代轴承,球轴承刚度为7.6×108N/m,滚子轴承刚度取2.6×109N/m,对主轴的动态功能进行剖析。在此过程中不断的对轴承的预紧量进行调整,对球轴承和滚子轴承的刚度对主轴固有频率的影响进行别离的核算。成果如图3所示:

  

 

  对成果进行剖析,跟着球轴承的预紧量的添加,主轴在一阶和二阶的固有频率都表现出随之添加,但二阶频率的添加更为显着,可是跟着预紧量的加大,二阶的频率是成陡峭添加的状况。在一阶频率上,滚子轴承刚度对主轴固有频率有所影响,单添加起伏陡峭,不显着。二阶频率期,主轴的固有频率几乎没有变化。

  4、定论

  主轴的曲折刚度影响受前端球轴承的影响较大,后端滚子轴承对主轴曲折刚度基本无影响。因而,对前端轴承进行恰当的预紧,能够使主轴的刚度具有显着的进步。前端轴承支撑的刚度对主轴的固有频率具有较大的影响,后端轴承支撑刚度对主轴影响不显着。需求注意的是,预紧过度不只不能有用的进步主轴的刚度,对主轴的体系会形成必定的危害,影响其使用寿命。