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數控機床主軸是整個機床的核心部件，對于臥式加工中心，它帶動刀具實現切削運動，因此主軸部件的精度、靜剛度、抗振和熱變形能力對加工質量有直接影響。主軸靜剛度是數控機床最基本的性能，而主軸的抗振性和熱變形與動剛度和熱剛度有關。數控機床既要完成粗加工又要完成精加工，因此，對主軸逐漸剛度要求較高，研究其靜剛度特性對于提高整機性能影響很大。
數控機床主軸剛度主要反映主軸抵抗外載荷的能力。其影響因素眾多，包括主軸尺寸形狀，軸承型號、數量和配置形式，前后支承距離，主軸懸伸長度以及傳動形式等。本文針對多種形式主軸的一系列臥式數控加工中心開展靜剛度特性研究，找出最佳的主軸剛度配置。

1靜剛度測試
實驗儀器包括：永正稱重傳感器101BH，精度C3，量程500 kg，用于對主軸施加已知靜載荷力；千分表，精度0.001 mm，用于測量主軸在力負載下的變形量；標準檢棒，承受已知載荷。

測試如圖1所示，以X向靜剛度測試為例，將千分表置于主軸端部，并使千分表的表針與支架側向孔軸線位于同一水平面，調整Y坐標，同時觀察千分表讀數，使主軸軸線與千分表表針位于同一水平面；在檢棒端部加力，讀取X向變形量，每隔50 kg加載一次，直到負載達到300 kg開始卸載，同樣每隔50 kg卸載一次直至0 kg，分別記錄不同負載下的加卸載主軸變形量；同理可得Y向變形量；Z向測試已知力在檢棒軸線處加力，讀取Z向變形量，并且令千分表表針與支架頂部孔軸線組成的平面與X-Y平面垂直，記錄不同載荷下的變形量。

2各種臥式加工中心主軸靜剛度曲線 50機床工作臺尺寸為500x500，可承受均布載荷500 kg; 63 1200 kg; 80 工作臺尺寸 800x800，載重 2000 kg。

從圖3中可以看出同樣是型號80的機床，e系列各軸剛度都 50，h系列各軸都要遠大于e系列，說明h系列是三種系列中剛性最好的，而c系列最差。再由e系列中不同型號機床比較可知，Z軸剛度是機床尺寸越大越好；X和Y軸則是80>50>63。在從圖4中卸載時各型號機床剛度比較可知，各型號各系列機床剛度分布規律與加載時相同。
e系列主軸結構完全一樣，尺寸上80e>63e>50e，c系列主軸結構與e系列大體一致，也是采用機械式主軸結構，e為經濟型，c為普通型。而h系列主軸采用電主軸單元，為高速型機床，因高速臥式加工中心對機床的綜合性能和加工精度要求較高，這里也可以看出該型機床的配置最高。

因此，可得出結論，采用機械式主軸結構的e和c系列主軸，經濟型機床配置單一、結構簡單，最高轉速低于普通型機床，因轉速高的主軸在工作時的預加載荷較小，因此同樣尺寸結構的主軸，一般最高轉速高的主軸剛度要小于最高轉速低的主軸剛度，經濟型機床的主軸靜剛度要優于普通型。同為e系列（經濟型）機床，相同結構和轉速要求的主軸，一般尺寸越大剛度越大。而相同尺寸機床，采用電主軸結構因采用電機直接驅動，減少了齒輪、帶輪等中間傳動環節，相比機械式主軸，結構緊湊、運行平穩，剛度也得到大幅提高。

4 結論

(1) 臥式數控機床主軸靜剛度曲線在加載和卸載時都表現為線性關系，主軸卸載剛度大于加載剛度。
(2) 各型臥式數控機床中，最高轉速高的主軸剛度要小于最高轉速低的主軸剛度。
(3) 電主軸結構中間傳動環節少，相比機械式主軸，結構緊湊、運行平穩，剛度更大。

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標簽：臥式加工中心數控加工中心主軸加工中心

分類：加工中心

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