Dynamic characteristics analysis for the spindle box of CN gear milling machine and the faceplate
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摘要: 大规格数控成形铣齿是一种高效铣齿装备，针对数控铣齿小规格转台加工大尺寸齿轮，提出一种在转台上附加花盘结构的方案。通过对铣齿机主轴箱与花盘装配体进行有限元模态分析及试验验证，分析了结构的薄弱点及固有特性。为减小铣削过程中的振动，提出了对花盘采用支撑油缸结构。通过时域分析，验证了花盘支撑油缸的必要性与可行性，并分析了铣削过程中主轴箱振动状态。结果表明，铣削切入段与切出段振动幅值较大，证实了提出的方案对花盘支撑油缸结构的可行性，为铣削加工做出指导，可对机床结构设计与优化提供理论支撑。Abstract: Large-size CN forming gear milling is a king of high efficiency gear milling equipment, aiming at the machining of large-size gears by NC milling small-size turntable, a structure scheme of the faceplate on the turntable is proposed.Through the finite element modal analysis and experimental verification of the spindle box of CN gear milling machine and the faceplate assembly, the weak points and inherent characteristics of the structure are analyzed.To reduce the vibration in milling process, the structure of supporting oil cylinder for the faceplate is proposed.Through the time domain analysis, the necessity and feasibility of the faceplate support cylinder are verified, and the vibration state of spindle box in milling process is analyzed.The results show that the vibration amplitude of milling cut-in section and cut-out section is large, and the feasibility of the proposed scheme for the structure of the faceplate support oil cylinder is confirmed, which provides guidance for milling processing, and can provide theoretical support for the structural design and optimization of machine tools.
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Key words:
- large-size gears /
- gear milling machine /
- finite element /
- modal analysis /
- time domain analysis /
- vibration
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表 2 主轴箱模态有限元分析结果
模态阶次 固有频率/Hz 最大变化发生位置 最大变化值/mm 一 97.23 装夹刀具处 1.321 3 二 121.94 装夹刀具处 1.256 3 三 149.70 主轴箱上端 1.678 3 四 256.76 装夹刀具处 1.434 0 五 272.43 主轴箱上端 1.015 1 六 460.64 装夹刀具处 2.402 4 
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表 3 花盘装配体模态有限元分析结果
模态
阶次固有频率/Hz 主要变化情况 最大变化值/mm 一 116.51 齿圈发生圆度变形，花盘边缘发生一定扭转 0.544 96 二 127.84 花盘边缘及工件边缘发生倾斜 0.422 51 三 153.31 花盘边缘在Z轴方向发生变化，向上弯曲 0.373 62 四 191.27 工件发生较大的扭曲，呈现对称性分布 0.670 88 五 201.04 牛腿位置处呈现顺时针倾斜扭曲 0.490 12 六 224.14 工件与花盘发生扭转，其中工件扭转幅度大于花盘 0.625 91
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表 4 主轴箱固有频率对比分析
模态阶次 有限元模态固有
频率/Hz实验模态固有
频率/Hz相对误差/(%) 一 97.234 79.470 22.4 二 121.940 119.413 2.1 三 149.700 171.314 12.6 四 252.760 231.460 9.2 五 272.430 362.406 24.8 六 460.640 396.424 16.2
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表 5 花盘装配体固有频率对比分析
模态阶次 有限元模态固有
频率/Hz实验模态固有
频率/Hz相对误差/(%) 一 116.51 117.86 1.1 二 127.84 129.06 0.9 三 153.81 162.67 5.4 四 191.27 185.54 0.3 五 201.04 204.42 1.7 六 224.14 211.15 7.2
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表 7 振动时域分析
附加支撑油缸关 附加支撑油缸开
GZ
TX
TY
TZ
注：表中GZ表示花盘在Z方向振动，TX、TY、TZ分别表示主轴箱在X、Y、Z方向振动。其中g=9.8 m/s2，为振动幅值单位。
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