專利名稱：一種機床主軸軸承動態(tài)預緊力測量方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機床主軸軸承的性能測試應用領域，涉及一種機床主軸軸承動態(tài)預緊力測量方法。
背景技術：
對機床主軸滾動軸承進行預緊，一方面可以消除滾動軸承在制造裝配過程中的游隙，增加軸承的剛度、提高主軸的旋轉精度，同時，由于預緊力的作用，可以減少軸承滾珠公轉的打滑現(xiàn)象，消除陀螺效應，進而改善軸承的發(fā)熱狀況，延長軸承的服役壽命。機床主軸常用的預緊方式是定壓預緊，它的特點是預緊力恒定，其大小根據(jù)低速重切削和高速輕切削對預緊力的要求而綜合確定，但定壓預緊方式存在明顯的不足低速時預緊力偏小，使軸承剛性下降，主軸抗受迫振動和自激振動的能力弱，從而導致加工精度下降；高速時預緊力偏大，使軸承溫升加劇，制約了主軸的高速化。而實現(xiàn)預緊力實時調控是提高主軸性能的有效措施，其關鍵環(huán)節(jié)就是測量主軸的動態(tài)預緊力，根據(jù)不同速段改變軸承預緊力大小，提高主軸性能。目前，工程中除了對于一些要求不高的場合有一些簡單的預緊力估算方法外，確定軸承預緊力的方法一般采用經(jīng)驗法(手感法)，而這種方法效率低，操作環(huán)節(jié)復雜，并且只適用于靜態(tài)。對于測量主軸在轉動過程中的預緊力大小更是不適用，因此需要在常規(guī)預緊力的確定方法的基礎上研究新的動態(tài)預緊力測量方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對目前機床主軸軸承動態(tài)預緊力較難測量，且測量結果不準確的現(xiàn)狀，提出了一種機床主軸軸承動態(tài)預緊力測量方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案—種機床主軸軸承動態(tài)預緊力測量方法，包括以下步驟建立主軸力學模型，計算出軸承徑向受力和軸向受力；建立機床主軸軸承五自由度非線性有限元模型，建立主軸軸承的動剛度與預緊力和轉速之間的擬合關系；建立機床主軸轉子五自由度有限元模型，建立主軸軸承動剛度和主軸動剛度之間的擬合關系，然后聯(lián)合機床主軸軸承五自由度非線性有限元模型和機床主軸轉子五自由度有限元模型，通過在主軸計算模型中設置不同預緊力和轉速下的軸承動剛度值計算主軸前端動剛度，從而建立主軸動剛度與軸承預緊力和轉速之間的擬合關系數(shù)據(jù)庫；通過主軸動剛度測量實驗測得主軸的動剛度，把實驗測試得到的主軸動剛度值輸入到上述主軸動剛度與軸承預緊力和轉速的擬合關系數(shù)據(jù)庫中，通過查詢得到主軸軸承的動態(tài)預緊力。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明預緊力測量方法至少具有以下優(yōu)點本發(fā)明首先對主軸軸承施加不用的預緊力，得到軸承動剛度與軸承預緊力和轉速的關系，然后將該軸承動剛度輸入到主軸模型中，得到軸承動剛度與主軸動剛度的關系，這樣，軸承預緊力和轉速與主軸動剛度之間的關系就可以得到，最后，最通過實驗得到主軸的動剛度，在根據(jù)上述主軸動剛度與軸承預緊力和轉速之間的關系查詢出軸承的動態(tài)預緊力即可。本發(fā)明測量方法通過 主軸動剛度得到的軸承動態(tài)預緊力，測量結果準確。


圖1是本發(fā)明機床主軸軸承動態(tài)預緊力測量方法的流程圖；圖2是本發(fā)明主軸支承軸承徑向受力力學模型圖，其中圖2(幻為兩軸承支撐-轉 子系統(tǒng)，圖2 (b)為三軸承支撐-轉子系統(tǒng)；圖3是本發(fā)明某型號機床主軸支承軸承軸向受力示意圖；圖4是本發(fā)明機床主軸動剛度測量實驗結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖1至圖4對本發(fā)明機床主軸軸承動態(tài)預緊力測量方法作具體介紹1.建立主軸力學模型，根據(jù)主軸實際結構，可分為兩軸承支承-轉子系統(tǒng)和三軸 承支承_轉子系統(tǒng)，如圖2所示，根據(jù)力和力矩平衡方程，采用數(shù)值計算方法計算出各軸承 的受力。對于圖2(&)所示的兩軸承支承-轉子系統(tǒng)，根據(jù)力和力矩平衡方程可求出軸承支 承反力
權利要求
1.一種機床主軸軸承動態(tài)預緊力測量方法，包括以下步驟1)建立主軸力學模型，計算出軸承徑向受力和軸向受力；2)建立機床主軸軸承五自由度非線性有限元模型，建立主軸軸承的動剛度與預緊力和轉速之間的擬合關系；3)建立機床主軸轉子五自由度有限元模型，建立主軸軸承動剛度和主軸動剛度之間的擬合關系，然后聯(lián)合機床主軸軸承五自由度非線性有限元模型和機床主軸轉子五自由度有限元模型，通過在主軸計算模型中設置不同預緊力和轉速下的軸承動剛度值計算主軸前端動剛度，從而建立主軸動剛度與軸承預緊力和轉速之間的擬合關系數(shù)據(jù)庫；4)通過主軸動剛度測量實驗測得主軸的動剛度，把實驗測試得到的主軸動剛度值輸入到上述主軸動剛度與軸承預緊力和轉速的擬合關系數(shù)據(jù)庫中，通過查詢得到主軸軸承的動態(tài)預緊力。
2.根據(jù)權利要求1所述的機床主軸軸承動態(tài)預緊力測量方法，其特征在于所述主軸-軸承轉子系統(tǒng)的運動微分方程為[Μ]{·χ;}+剛=網(wǎng)其中，[M] = [Mb]+ [Md], [C] = -Ω ([Gb]+ [Gd])+ [Cs],[K]=[Kb] + [KB]-Q2[Mb]c,{F(t)}={Fb} + {Fd}[Mb]-一彈性軸質量矩陣[Md]--一圓盤質量矩陣[Gb]-一彈性軸回轉矩陣[Gd]--一圓盤回轉矩陣[Cs]-一結構阻尼矩陣[Mb]c_——計算彈性軸離心力的質量矩陣[Kb]-一彈性軸剛度矩陣[KB]--一支承軸承動剛度矩陣{Fb} —一彈性軸載荷向量{Fd} —-一圓盤不平衡力向量。
3.根據(jù)權利要求1所述的機床主軸軸承動態(tài)預緊力測量方法，其特征在于所述步驟4)中測量主軸動剛度時，以主軸前端安裝配重螺釘?shù)钠矫孀鳛闇y量平面，并安裝配重螺釘。
4.根據(jù)權利要求1所述的機床主軸軸承動態(tài)預緊力測量方法，其特征在于所述步驟4)中測量主軸動剛度時，采用動平衡儀對已選測量平面進行現(xiàn)場動平衡測試，測得質心偏移量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機床主軸軸承動態(tài)預緊力測量方法，首先，對主軸支撐軸承進行載荷分析，求出主軸軸承所受載荷，其次，建立機床主軸軸承五自由度非線性有限元模型，建立主軸軸承的動剛度與轉速和主軸軸承預緊力之間的擬合關系。再次，建立機床主軸五自由度有限元模型，建立主軸軸承動剛度與主軸動剛度之間的關系；接著，計算不同軸承預緊力和轉速下的主軸動剛度，建立主軸動剛度與軸承預緊力和轉速之間的擬合關系數(shù)據(jù)庫，最后，通過主軸動剛度測量實驗測得主軸前端動剛度，將得到的主軸動剛度在上述主軸動剛度與軸承預緊力和轉速之間的擬合關系數(shù)據(jù)庫中查詢得到機床主軸軸承的動態(tài)預緊力。
文檔編號G01M13/04GK102564763SQ201110454750
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權日2011年12月22日
發(fā)明者朱永生, 李純潔, 洪軍, 王夢茜, 田久良, 郭俊康 申請人:西安交通大學