张 鑫

湖南工业职业技术学院 湖南 长沙 410208

一、研究背景

重型落地镗铣床是典型机、电、气、液一体化设备,涉及到智能制造技术、材料工程、控制工程等学科知识,其组成中的核心模块:主轴伺服单元、主轴机械结构是主轴精度的核心影响因素。重型落地镗铣床为航空航天、大型船舶、风力发电、矿山机械等行业内的重型设备的升级提供重要保障。当前,上述产业处于发展快速中,对重型落地镗铣床的要求越来越高,主要是:主轴转速提升（转速超过4000转/分钟）;深孔加工要求,增加主轴长度。研究显示,重型落地镗铣床正向高速、高精方向发展。由此,需对主轴的机械结构进行优化设计[1]。

二、主轴支承结构

镗铣床的主轴由铣轴和镗轴组成,镗轴套在铣轴内部,并可在铣轴内移动。对于重型落地镗铣床,一般镗轴伸出长度在1米左右,可达2米,甚至部分特种镗铣床超过2米,镗铣轴呈细长结构。根据以上情况,重型落地镗铣床主轴一般采用多支承结构,铣轴做主要支承,镗轴做辅助支承,铣轴和镗轴之间用耐磨材料支撑[2]。重型落地镗铣床主轴切屑力主要由前端支承承担,相应轴承较大;后端切屑力较小,相应轴承也小,而轴承具体安装位置根据主轴大小和长短进行有限元分析,多次迭代改进获得最优。一般轴承刚度与固有频率正相关,重型落地镗铣床主轴轴承刚度值大体在400—900N/um之间。为方便分析,对轴承做如下简化:1、在载荷作用下接触角不变;2、忽略轴向变形;3、将轴承看做主轴系统的一部分;4、每个轴承用4组弹簧刚度和阻尼代替其特性。……