《浅谈砂轮架主轴有限元建模的方法》
作者：赵培
(陕西能源职业技术学院机电工程系，陕西 咸阳 712000)
摘要：准确合理的主轴有限元模型对研究主轴静动态性能起到至关重要的作用。以某型号的数控蜗杆磨床砂轮架主轴为例，通过对砂轮架主轴系统建模方法的分析，利用参数化建模技术，建立了砂轮架主轴的有限元模型。
关键词：数控蜗杆磨床；砂轮架主轴；有限元分析
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：2095-509X(2019)06-0019-03

数控磨床的静态特性受磨床头架、砂轮架、床身、尾座等各个部件的精度和结构的影响。砂轮架主轴作为磨床的重要部件直接参与磨床的切削加工，其静动态特性对整机的刚度、精度有着重要的影响。砂轮架主轴的刚度会随着轴承刚度、轴承跨距、主轴材料以及相关结构等的变化而发生变化。数控磨床砂轮架主轴结构复杂，从理论上建立砂轮架主轴动力学模型对其进行静动态性能预测，可以有效减少经验设计的盲目性，对提高数控磨床整机性能、降低成本有着重要的指导意义。
本文通过对数控蜗杆磨床两组砂轮架主轴模型进行仿真分析，探索更合理有效的数控蜗杆磨床砂轮架主轴的建模方法，为后续研究数控蜗杆磨床砂轮架主轴静动态性能和优化设计提供理论依据。

1砂轮架主轴的参数选择
1.1砂轮架主轴系统图
砂轮架主轴前端斜面用于安装砂轮，支承采用角接触球轴承。砂轮架主轴的外形和零件装配如图1所示。

1—压盘；2—主轴；3—前角接触球轴承；4—后角接触球轴承
图1磨床砂轮架主轴系统图

1.2实体模型网格划分
砂轮架主轴为规则的回转体，在Pro/E软件中建立砂轮架主轴的三维实体模型，根据有限元建模分析中的简化原则，对不影响仿真结果的结构特点予以忽略，例如螺纹、倒角、圆角、退刀槽等，如图2所示。然后将模型导入到有限元软件ANSYS中，在划分网格时选用四面体网格，四面体网格单元如图3所示。该网格模型的计算精度高，且在模态分析时，网格划分尺寸可以取大一些，这样在减少分析模型所用时间的同时，也不影响分析结果的准确性。

图2砂轮架主轴三维模型

图3四面体网格单元

1.3 约束和边界条件设定
数控蜗杆砂轮架主轴上共有6个主轴轴承，前端4个，后端2个，背对背安装，其型号均为SKF 7014。根据砂轮架主轴和轴承的结合情况，选择使用COMBIN 14弹簧阻尼单元，弹簧阻尼单元的几何形状、节点方向和坐标轴取向如图4所示。图中的x,y,z表示坐标轴，I和J表示单元的两个节点，K表示弹簧刚度，Cv表示弹簧阻尼。

作者简介：赵培（1984—），女，讲师，硕士，主要研究方向为机械设备设计制造和工艺，371812408@qq.com.