卧式加工中心主轴静刚度特性研究
数控机床主轴是整个机床的核心部件，对于卧式加工中心，它带动刀具实现切削运动， 因此主轴部件的精度、静刚度、抗振和热变形能力对加工质量有直接影响。主轴静刚度是数 控机床基本的性能，而主轴的抗振性和热变形与动刚度和热刚度有关。数控机床既要完成 粗加工又要完成精加工，因此，对主轴逐渐刚度要求较高，研究其静刚度特性对于提高整机 性能影响很大。
数控机床主轴刚度主要反映主轴抵抗外载荷的能力。其影响因素众多，包括主轴尺寸形 状，轴承型号、数量和配置形式，前后支承距离，主轴悬伸长度以及传动形式等。本文针对 多种形式主轴的一系列卧式数控加工中心开展静刚度特性研究，找出的主轴刚度配置。1静刚度测试
实验仪器包括：永正称重传感器101bh，精度c3，量程500 kg，用于对主轴施加已知静 载荷力；千分表，精度0.001 mm，用于测量主轴在力负载下的变形量；标准检棒，承受已知 载荷。
测试如图1所示，以x向静刚度测试为例，将千分表置于主轴端部，并使千分表的表针 与支架侧向孔轴线位于同一水平面，调整y坐标，同时观察千分表读数，使主轴轴线与千分 表表针位于同一水平面；在检棒端部加力，读取x向变形量，每隔50 kg加载一次，直到负 载达到300 kg开始卸载，同样每隔50 kg卸载一次直至0 kg，分别记录不同负载下的加卸载 主轴变形量；同理可得y向变形量；z向测试已知力在检棒轴线处加力，读取z向变形量， 并且令千分表表针与支架顶部孔轴线组成的平面与x-y平面垂直，记录不同载荷下的变形量。
2各种卧式加工中心主轴静刚度曲线 50机床工作台尺寸为500x500，可承受均布载荷500 kg; 63 1200 kg; 80 工作台尺寸 800x800，载重 2000 kg。
从图3中可以看出同样是型号80的机床，e系列各轴刚度都 50，h系列各轴都要远大于e系列，说明h系列是三种系列中刚性的，而c系列差。 再由e系列中不同型号机床比较可知，z轴刚度是机床尺寸越大越好；x和y轴则是80>50>63。 在从图4中卸载时各型号机床刚度比较可知，各型号各系列机床刚度分布规律与加载时相同。
e系列主轴结构*一样，尺寸上80e>63e>50e，c系列主轴结构与e系列大体一致，也 是采用机械式主轴结构，e为经济型，c为普通型。而h系列主轴采用电主轴单元，为高速型 机床，因高速卧式加工中心对机床的综合性能和加工精度要求较高，这里也可以看出该型机 床的配置高。
因此，可得出结论，采用机械式主轴结构的e和c系列主轴，经济型机床配置单一、结 构简单，高转速低于普通型机床，因转速高的主轴在工作时的预加载荷较小，因此同样尺 寸结构的主轴，一般高转速高的主轴刚度要小于高转速低的主轴刚度，经济型机床的主 轴静刚度要优于普通型。同为e系列（经济型）机床，相同结构和转速要求的主轴，一般尺 寸越大刚度越大。而相同尺寸机床，采用电主轴结构因采用电机直接驱动，减少了齿轮、带 轮等中间传动环节，相比机械式主轴，结构紧凑、运行平稳，刚度也得到大幅提高。
4 结论
(1) 卧式数控机床主轴静刚度曲线在加载和卸载时都表现为线性关系，主轴卸载刚度大于 加载刚度。
(2) 各型卧式数控机床中，高转速高的主轴刚度要小于高转速低的主轴刚度。
(3) 电主轴结构中间传动环节少，相比机械式主轴，结构紧凑、运行平稳，刚度更大。
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测试如图1所示，以x向静刚度测试为例，将千分表置于主轴端部，并使千分表的表针 与支架侧向孔轴线位于同一水平面，调整y坐标，同时观察千分表读数，使主轴轴线与千分 表表针位于同一水平面；在检棒端部加力，读取x向变形量，每隔50 kg加载一次，直到负 载达到300 kg开始卸载，同样每隔50 kg卸载一次直至0 kg，分别记录不同负载下的加卸载 主轴变形量；同理可得y向变形量；z向测试已知力在检棒轴线处加力，读取z向变形量， 并且令千分表表针与支架顶部孔轴线组成的平面与x-y平面垂直，记录不同载荷下的变形量。
2各种卧式加工中心主轴静刚度曲线 50机床工作台尺寸为500x500，可承受均布载荷500 kg; 63 1200 kg; 80 工作台尺寸 800x800，载重 2000 kg。
从图3中可以看出同样是型号80的机床，e系列各轴刚度都 50，h系列各轴都要远大于e系列，说明h系列是三种系列中刚性的，而c系列差。 再由e系列中不同型号机床比较可知，z轴刚度是机床尺寸越大越好；x和y轴则是80>50>63。 在从图4中卸载时各型号机床刚度比较可知，各型号各系列机床刚度分布规律与加载时相同。
e系列主轴结构*一样，尺寸上80e>63e>50e，c系列主轴结构与e系列大体一致，也 是采用机械式主轴结构，e为经济型，c为普通型。而h系列主轴采用电主轴单元，为高速型 机床，因高速卧式加工中心对机床的综合性能和加工精度要求较高，这里也可以看出该型机 床的配置高。
因此，可得出结论，采用机械式主轴结构的e和c系列主轴，经济型机床配置单一、结 构简单，高转速低于普通型机床，因转速高的主轴在工作时的预加载荷较小，因此同样尺 寸结构的主轴，一般高转速高的主轴刚度要小于高转速低的主轴刚度，经济型机床的主 轴静刚度要优于普通型。同为e系列（经济型）机床，相同结构和转速要求的主轴，一般尺 寸越大刚度越大。而相同尺寸机床，采用电主轴结构因采用电机直接驱动，减少了齿轮、带 轮等中间传动环节，相比机械式主轴，结构紧凑、运行平稳，刚度也得到大幅提高。
4 结论
(1) 卧式数控机床主轴静刚度曲线在加载和卸载时都表现为线性关系，主轴卸载刚度大于 加载刚度。
(2) 各型卧式数控机床中，高转速高的主轴刚度要小于高转速低的主轴刚度。
(3) 电主轴结构中间传动环节少，相比机械式主轴，结构紧凑、运行平稳，刚度更大。
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