高速加工是一种以比常规切削速度高5—10倍的速度进行切削加工的先进工艺,加工中心是实现高速加工的前提条件,而高速电主轴单元则是加工中心的心脏部件,电主轴采用了内置式电机,实现了机床的“零传动”。 主轴部件的支承结构设计,动、静刚度特性在很大程度上决定了加工中心的加工质量和切削能力,也是影响其加工精度的重要因素。主轴部件刚度的研究和支承结构的优化,对于进一步提高加工中心的工作性能有十分重要的意义。 本文在理论上分析了支承结构对主轴部件动、静刚度的影响,并采用有限元分析方法,运用ANSYS软件,对主轴部件动、静刚度进行了模拟验证。具体包括: 1、分析了两支承和三支承结构对主轴静刚度的影响。并从优化设计的角度出发,对最佳跨距提出了一种简易算法。 2、通过对角接触球轴承进行结构建模和力学特性分析,获得了轴承静刚度的简易计算方法,对本电主轴轴承的静刚度进行了计算;研究了预紧力对轴承静刚度的影响;通过对高速角接触球轴承进行动力学特性分析,总结出一种简单易行且精确的轴承动刚度的计算公式。 3、对电主轴进行二维静态有限元建模,经ANSYS计算,得出了电主轴的刚度,并分析了轴承预紧力对主轴刚度的影响;验证了主轴结构设计的合理性。