专利名称：一种机床主轴轴承静态预紧力测量方法
技术领域：
本发明属于机床主轴轴承的性能测试应用领域，涉及一种机床主轴轴承静态预紧力测量方法。
背景技术：
对机床主轴滚动轴承进行预紧，一方面可以消除滚动轴承在制造装配过程中的游隙，增加轴承的刚度、提高主轴的旋转精度，同时，由于预紧力的作用，可以减少轴承滚珠公转的打滑现象，消除陀螺效应，进而改善轴承的发热状况，延长轴承的服役寿命。机床主轴常用的预紧方式是定压预紧，它的特点是预紧力恒定，其大小根据低速重切削和高速轻切削对预紧力的要求而综合确定，但定压预紧方式存在明显的不足低速时预紧力偏小，使轴承刚性下降，主轴抗受迫振动和自激振动的能力弱，从而导致加工精度下降；高速时预紧力偏大，使轴承温升加剧，制约了主轴的高速化。因此需要测量主轴的预紧力，根据不同速段改变轴承预紧力大小，提高主轴性能。目前，工程中除了对于一些要求不高的场合有一些简单的预紧力估算方法外，确定轴承预紧力的方法一般采用经验法(手感法)，而这种方法效率低，操作环节复杂，并且测量结果不准确，因此需要在常规预紧力的确定方法的基础上研究新的静态预紧力测量方法。
发明内容
本发明的目的是针对目前机床主轴轴承预紧力较难测量，且测量结果不准确的现状，提出了一种机床主轴轴承静态预紧力测量方法。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案—种机床主轴轴承静态预紧力测量方法，包括以下步骤建立主轴力学模型，计算出各轴承径向受力；建立机床主轴轴承静力学模型，建立轴承的预紧力与静刚度的拟合关系；建立机床主轴静力学模型，采用影响系数法计算主轴静刚度，通过在主轴计算模型中设置不同预紧力下的轴承刚度值来计算主轴静刚度值，从而建立轴承预紧力与主轴静刚度拟合关系数据库；通过静刚度测量实验测得主轴前端的静刚度，把得到的主轴静刚度输入到上述轴承预紧力与主轴静刚度拟合关系数据库中，通过查询得到主轴轴承的静态预紧力。作为本发明的优选实施例，进行主轴静刚度测量实验时，在主轴前端安装电容位移传感器于传感器支架上，传感器垂直安装，且保证位于与主轴轴线垂直的平面上；作为本发明的优选实施例，所述位移传感器测量互成90°的主轴位移，以消除主轴圆度误差；作为本发明的优选实施例，对主轴进行主轴静刚度测量时，通过液压缸对主轴前端进行加载，施力点的位置位于主轴正下方，施力过程应缓慢进行，在达到允许的最大位移量后，立即停止加载，保持该状态1 2分钟，待测试仪器读数稳定后再缓慢卸载；作为本发明的优选实施例，对主轴进行主轴静刚度测量时，施加的径向力应大于主轴径向最大抗力的0.8倍。与现有技术相比，本发明静态预紧力测量方法至少具有以下优点本发明首先对主轴轴承施加不同的预紧力，得到轴承静刚度与轴承预紧力的关系，然后将该轴承静刚度输入到主轴模型中，得到轴承静刚度与主轴静刚度的关系，这样，轴承预紧力与主轴静刚度之间的关系就可以得到，最后，通过实验测得主轴的静刚度，再根据上述主轴静刚度与轴承预紧力之间的关系查询出轴承的静态预紧力即可。本发明测量方法通过主轴静刚度得到的轴承静态预紧力，测量结果准确。
图1是本发明机床主轴轴承静态预紧力测量方法流程图；图2是主轴力学模型图，其中，图2(a)为两轴承支撑转子系统，图2 (b)为三轴承支撑转子系统；图3是两轴承支撑主轴轴端变形图；图4是三轴承支撑主轴轴端变形图，其中，(a)为三轴承结构，(b)为二轴承结构；图5是机床主轴静刚度测量实验结构示意图；图6是机床主轴静刚度测量实验传感器布局示意图。具体实施步骤下面结合附图1至6对本发明一种机床主轴轴承静态预紧力测量方法的一种实施方式作具体介绍1.建立主轴力学模型，根据主轴实际结构，可分为两轴承支承-转子系统和三轴承支承-转子系统，如图2所示，根据力和力矩平衡方程，采用数值计算方法计算出各轴承径向受力。对于图2(a)所示的两轴承支承-转子系统，根据力和力矩平衡方程可求出轴承支承反力\ \FP{a-b)-Fy2b = 0Fp 主轴的径向载荷大小，单位牛(N)；Fyl 前支撑轴承对主轴的径向支反力，单位牛(N)Fy2 后支撑轴承对主轴的径向支反力，单位牛(N)a 径向载荷与后支撑轴承之间的跨距；b 前支撑轴承与后支撑轴承之间的跨距；对于图2(b)所示的三轴承支承-转子系统，由于存在三个支承位置，受力问题属于超静定，除了力和力矩的平衡方程外还需要补充一个关系式。采用变形叠加法进行计算。 假设Fy2为多余约束，当轴承刚度较大时，可以假定径向载荷FP和后支撑轴承对主轴的支
反力Fy2分别在Fy2支点处挠度、的叠加值为零
权利要求
1.一种机床主轴轴承静态预紧力测量方法，包括以下步骤1)建立主轴力学模型，计算出各轴承径向受力；2)建立机床主轴轴承静力学模型，建立轴承的预紧力与静刚度的拟合关系；3)建立机床主轴静力学模型，采用影响系数法计算主轴静刚度，通过在主轴计算模型中设置不同预紧力下的轴承刚度值来计算主轴静刚度值，从而建立轴承预紧力与主轴静刚度拟合关系数据库；4)通过静刚度测量实验测得主轴前端的静刚度，把得到的主轴静刚度输入到上述轴承预紧力与主轴静刚度拟合关系数据库中，通过查询得到主轴轴承的静态预紧力。
2.根据权利要求1所述的一种机床主轴轴承静态预紧力测量方法，其特征在于进行主轴静刚度测量实验时，在主轴前端安装电容位移传感器于传感器支架上，传感器垂直安装，且保证位于与主轴轴线垂直的平面上。
3.根据权利要求2所述的一种机床主轴轴承静态预紧力测量方法，其特征在于所述位移传感器测量互成90°的主轴位移，以消除主轴圆度误差。
4.根据权利要求1所述的一种机床主轴轴承静态预紧力测量方法，其特征在于对主轴进行主轴静刚度测量时，通过液压缸对主轴前端进行加载，施力点的位置位于主轴正下方，施力过程应缓慢进行，在达到允许的最大位移量后，立即停止加载，保持该状态1 2分钟，待测试仪器读数稳定后再缓慢卸载。
5.根据权利要求1所述的一种机床主轴轴承静态预紧力测量方法，其特征在于对主轴进行主轴静刚度测量时，施加的径向力应大于主轴径向最大抗力的0. 8倍。
全文摘要
本发明公开了一种机床主轴轴承静态预紧力测量方法，首先，对主轴单元支撑轴承进行载荷分析，求出主轴轴承所受的径向载荷；其次，建立机床主轴轴承静力学模型，建立轴承预紧力与轴承静刚度之间的拟合关系；再次，建立机床主轴静力学模型，采用影响系数法计算主轴前端静刚度，建立主轴轴承静刚度与主轴静刚度之间的关系；接着，将主轴静力学模型和轴承静力学模型进行集成，计算不同轴承预紧力下的主轴前端静刚度值，从而建立轴承预紧力与主轴静刚度之间的拟合关系数据库；最后，通过静刚度测量实验测得主轴前端静刚度，将得到的主轴静刚度在上述轴承预紧力与主轴静刚度的拟合关系数据库中，通过查询得到机床主轴轴承静态预紧力。
文档编号B23Q17/00GK102528560SQ20111045678
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者吴文武, 张秀华, 李小虎, 洪军, 田久良, 黄东洋 申请人:西安交通大学