飞刀铣削中高速气浮电主轴转子动态特性研究

摘要

在实际的加工过程之中,加工表面的质量会由于转子振动而降低。多种作用力可导致转子振动,这些作用力包括不平衡磁拉力、加工过程中产生的切削力以及由于质量的不平衡分布导致的离心力。为深入分析这一问题,开展了气体静压轴承电主轴高速飞刀铣削过程中的转子动态特性研究。考虑上述作用力建立了一个五自由度的转子动力学铣削模型,并给出了不平衡磁拉力的计算公式;轴承的平移刚度、平移阻尼、角刚度和角阻尼的计算公式采用线性摄动法推导得出。转子动力学方程采用牛顿-欧拉方程推导得出,并利用特征方程、系统初始条件、阻抗法、状态空间模型等条件进行求解。对转子在空切削、不连续切削下的动态特性进行了数值仿真。研究发现,空切削时,转子形心的运动轨迹随运动状态变化,平稳状态时,在径向方向呈现为规则的圆形;切削过程中,主轴转子的振动特性受到转子质量偏心引起的离心力和周期性的切削力的共同影响。