主轴系统结合面对主轴系统动力学特性的影响分析

汪 博， 孙 伟， 太兴宇， 闻邦椿

(东北大学 机械工程与自动化学院，沈阳 110004)

主轴系统是数控机床的核心部件之一，其动力学特性直接影响数控机床的加工精度、表面粗糙度和工作效率。因而围绕主轴系统动力学特性的设计与分析受到了企业界及学术界的广泛关注［1]。

以高档立式加工中心为例，其主轴系统通常包括主轴箱、电主轴、轴承、刀柄、刀具等。主轴系统中存在着主轴－轴承、主轴－刀柄、刀柄－刀具结合面，而这些结合面对主轴系统动力学特性有着显著的影响。目前，学者们围绕主轴系统结合面建模、测试以及考虑结合面的振动特性分析，做了大量的工作，且取得了很多成果。例如:文献［2] 介绍了Li所建立的主轴－轴承系统动力学模型，该模型包含了一个综合的轴承动态模型、一个主轴动态模型和一个热模型，能很好地计算轴承的热膨胀及其引起的动态特性。文献［3] 基于Hertz接触力模型，将主轴－滚动轴承系统简化为六自由度系统，讨论在非平衡力作用下，主轴－轴承系统的非线性动态特性。文献［4] 采用Jones’轴承模型对主轴轴承进行了建模与分析，利用有限元法对主轴系统进行了动力学建模，通过此模型可以预测轴承刚度、模态振型、频响函数以及主轴各部分的动力学响应。文献［5] 利用弹性阻抗耦合理论建立主轴－刀柄－刀具系统的运动方程，通过测试刀尖点频响函数，反推出主轴－刀柄、刀柄－刀具结合面的复刚度矩阵，辨识出了结合面的动力学参数。……