主轴回转精度动态测试技术研究

随着磨床技术发展,对主轴回转精度的要求越来越高。回转精度包括了轴的径向误差、轴向误差、角度误差及由此衍生出的表面误差和半经误差五种。其中,径向误差尤其重要。对于径向误差的动态测量及分析,我们采用了单向测量法和双向测量法,测得主轴不同转速下的同步误盖值及非同步误差值,以选取主轴最佳磨削转速。     

轴承滚子加工精度对高速电主轴动力学性能的影响

以高速电主轴为研究对象,建立了能够在考虑滚子加工精度的情况下计算电主轴支承轴承每一个滚子受力和轴承刚度的计算模型和转子的动力学模型。结合具体算例研究了滚子加工精度对轴承轴心轨迹、转子临界转速、前三阶振型及不平衡响应的影响,同时研究了径向载荷对高速电主轴不平衡响应的影响。数值计算结果表明,当滚子的加工精度在理想状态时,轴承轴心运动轨迹为一个椭圆,随着滚子加工精度的降低,轴承轴心运动轨迹不再是一个椭圆。当滚动体加工精度和轴向载荷不变时,径向载荷越大,轴端的不平衡响应振幅越大。随着滚动体加工精度的降低,转子的临界转速减小,前三阶振型基本不变。当转子角速度相同时,加工精度越低,转子不平衡响应振幅越大;当加工精度不变时,随着转子角速度的增大,转子不平衡响应振幅越大。     

实施ISO230-7回转轴线的几何精度检验方案研究

为更好检测加工中心转台的回转误差,依据ISO230-7国际标准,给出一种回转轴线的检验方法。该方法利用位移传感器、标准检验心轴等装置和不同的布置方式,对加工中心转台的回转轴线偏移误差制定了检测方案,该方案主要检测回转轴线的径向误差、倾斜误差和轴向误差,为转台回转轴线偏移的误差综合建模和误差补偿技术提供了技术支撑。     

电主轴回转误差的测量与研究

为得到不同转速下主轴的回转精度,采用双向动态测量法测量液体静压轴承电主轴的径向位移误差,借助激光位移传感器记录主轴径向误差数据,利用自主开发的数据处理软件实现测量数据的误差分离,通过最小二乘圆法评定主轴的回转精度,为主轴最优工作转速的选取提供理论依据。     

动不平衡对高速主轴回转运动的影响

为了改善高速磁浮主轴的径向回转精度,该文提出了二维傅里叶频率分析的新方法。采用此方法分析了主轴高速运转时前后轴承处的径向回转误差,表明影响高速主轴径向回转精度的主要原因是该轴的动不平衡。 文章中提出的分析方法为进一步测定和提高精密主轴的径向回转精度提供了理论依据。     

150MD24Y20高速电主轴热特性分析

目的分析电主轴热变形产生及分布,为研究电主轴热误差,提高主轴加工精度提供理论依据.方法基于电主轴稳态温度场分布,采用ANSYS顺序耦合理论,分析高速电主轴热变形分布情况.通过电主轴测试系统建立热变形实验,测量高速电主轴工作端热变形,验证有限元仿真结果.结果仿真结果表明:随着电主轴速度增高,主轴热变形和温升也越来越大.电主轴在热稳态下,沿着轴向伸长而径向弯曲变形.结论当主轴材料一定,热变形与速度几乎呈线性关系,同时,主轴温升越大,热变形越大.此结论为有效控制主轴热变形,减小热误差及提高主轴稳定性提供理论基础.     

基于电力测功和压电陶瓷加载系统的高速电主轴可靠性试验台设计

 高速数控机床的工作性能首先取决于高速主轴的性能。设计了一种基于电力测功加载系统和压电陶瓷加载系统的高速电主轴可靠性试验台,它能够完成转速为18000r/min以上的电主轴可靠性试验;实现高速电主轴的性能指标测试,如电主轴温升控制,主轴的径向跳动和轴向窜动等的测试;采用电力测功加载系统及压电陶瓷加载系统模拟主轴受力状况(包括径向力、轴向力与扭矩),实现电主轴的动态加载实验与测试;检测试验过程中的各种故障,记录试验过程中试验信息,并可进行查询,通过采集的参数数据进行可靠性分析,为提高电主轴的可靠性提供了定量数值评估平台。     

考虑滚动体误差时高速电主轴轴承的受力和寿命研究

以高速电主轴为研究对象,对支承电主轴的角接触球轴承进行了力学分析,建立了能够在考虑滚动体尺寸误差的情况下计算每一滚动体受力的计算模型。结合具体算例,在不考虑滚动体尺寸误差时,研究了轴向载荷和径向载荷对每个滚动体受力的影响,计算研究了滚动体尺寸误差对各滚动体受力及轴承寿命的影响。数值计算结果表明,滚动体存在正误差或负误差时都会改变每个滚动体的受力,都会使滚动轴承的寿命降低。研究了滚动体加工精度对电主轴支承的角接触球轴承寿命影响,得出了具体的影响曲线,结果表明,随着加工精度的降低,支承电主轴的角接触球轴承的寿命会快速下降,当精度低于G40时下降速度迅速增加。     

高速电主轴转子系统临界转速的计算与分析

目的为减小传统传递矩阵法计算高速电主轴转子系统临界转速产生的误差,分析高转速对主轴系统的影响,解决传统矩阵法运算精度降低的问题.方法以170SD30电主轴作分析对象,考虑陀螺力矩和剪切等影响因素,利用Riccati传递矩阵法建立电主轴理论模型,同时运用Matlab编程并计算高速电主轴前3阶临界转速和固有频率等动力学参数.结果仿真数据与实验数据对比,Riccati传递矩阵法与实验结果最大误差为7.2%,比传统传递传递矩阵法精度提高了2.3%.结论验证了Riccati传递矩阵法准确性与可行性,提高了传递矩阵法的计算速度与计算稳定性.     

基于模糊聚类测点优化与向量机的坐标镗床热误差建模

为了研究电主轴系统热特性对机床精度的影响,建立了主轴轴向及径向热误差模型.以精密坐标镗床为对象,采用五点法对主轴热误差进行测量,并分析了转速对主轴热误差及温度场的影响规律.利用模糊聚类分析法对温度变量进行分组优化,选出对热误差敏感的温度变量,建立主轴轴向热伸长及径向热倾角的最小二乘支持向量机(LS-SVM)以及多元线性回归(MLRA)的综合热误差模型,并设定了预测优度评价标准.结果表明:模糊聚类分组法能有效降低温度变量间的多重共线性,并提高模型的稳定性;LS-SVM模型具备全局寻优的特点,可实现不同工况的高精度预测,预测精度可达90%,且比传统的MLRA模型有更好的通用性以及更强的泛化能力,可作为后期热误差的补偿模型.     

一种新型轴芯冷却电主轴的热特性分析

为了进一步改善高速精密机床电主轴的热特性,提出了一种新型轴芯冷却结构,在电主轴轴芯均布多个U形冷却单元,通入冷却介质,可对轴芯和轴承进行高效冷却;建立了电主轴热-结构耦合分析模型,并基于模型研究了该冷却结构对电主轴热特性的影响。结果表明:该轴芯冷却结构能有效控制电主轴系统的温升,与无轴芯冷却的电主轴相比,电主轴总热变形减小了50.2%,系统热平衡时间缩短了50%,从而进一步提高了加工精度和效率;通过调节冷却介质的参数,电主轴在不同转速下的轴向热变形的变化量可控制在2μm以内。     

基于热流网络法的电主轴支撑系统热特性研究

以ADGM15数控车床电主轴为研究对象,基于热流网络法的思想,建立电主轴前端主轴、轴承和轴承座为一体的支撑系统热传递模型。计算和分析了不同工作转速和载荷下的支撑系统温度场分布情况。研究结果表明:速度对支撑系统温升及温度分布影响最大,轴向载荷和径向载荷对支撑系统温升及温度分布影响相同,温度最高点位于轴承的球和内滚道接触区域上。仿真结果和计算结果的误差小于4.5%,这说明所建立的温度节点模型是可靠的,可为下一步计算和分析电主轴热变形提供依据。     

100MD60Y4高速电主轴热特性影响因素实验

目的研究油气润滑系统及转速各参数对高速电主轴温度与热变形的影响,为提高数控机床加工精度提供理论依据.方法采用单一因素实验法,基于恒温水冷控制系统和油气润滑系统实验平台进行电主轴热变形实验;实验分析进气压力、供油时间间隔、单次供油量及转速四个参数对电主轴各位置温度及轴头位置热变形的影响.结果适当的进气压力及润滑油量可以使主轴各部分温升与轴头位置热变形量相对较小,转速对于电主轴的温升及热变形影响较为显著,且转轴Z方向(轴向)热变形量最大,转速为16 000 r/min时,变形量可达到83.562μm.结论电主轴油气润滑系统中的进气压力、供油时间间隔、单次供油量以及转速对电主轴各位置温度及转轴X、Y、Z三个方向热变形量均有影响.     

基于损耗实验的电主轴温度场分析

目的分析高速电主轴温度场分布情况,为研究高速电主轴温升、热变形预测提供理论依据.方法建立高速电主轴1/4三维有限元模型,基于损耗实验计算主轴电机及轴承生热率前提下分析高速电主轴温升分布情况.通过电主轴测试系统建立温升实验,测量高速电主轴外壳不同部位温升验证有限元仿真结论.结果仿真结果表明:高速电主轴稳态温度场中转子处温度最高,温度为84.4℃;高速主轴壳体最高温升出现在电主轴轴头处,温升为23℃,与实验结果相比误差为8.6%.结论通过分析温升仿真和实验得到高速主轴外壳不同部位温升不同,外壳温度变化是一个非线性变化过程,前2000s温度快速升高,2000s后温度逐步稳定.此结论为有效控制高速主轴温升,减小主轴变形及提高主轴精度提供理论基础.     

轴芯冷却电主轴热特性分析的数值模拟与实验研究

为了改善高速高精密机床电主轴"外冷内热"的现状,基于电主轴热薄弱点分析,提出了一种轴芯冷却结构及系统;进行了轴芯冷却电主轴热特性实验,并结合热特性有限元数值计算模型研究了转速、负载和冷却油流量对电主轴热特性的影响。实验结果表明:该轴芯冷却结构和系统可显著减小不同转速和负载下电主轴系统内部各部件的温升;与没有轴芯冷却的常规电主轴相比,在轴芯冷却油流量为2.5L/min时,轴芯和轴承测点温升均减小了50%左右,轴芯轴向热变形减小了50.8%,系统热平衡时间减小了66.7%,从而提高了机床电主轴的加工精度和加工效率;轴芯冷却油流量从1.5L/min增大到2.5L/min时,系统热平衡时间减少。     

基于权重法的机床主轴可变预紧力确定方法

目的研究不同转速、载荷条件下机床主轴轴承的最佳预紧力,满足高速机床主轴全速段性能要求.方法建立基于拟静力学的轴承分析模型,计算不同转速、负荷条件下满足轴承使用寿命的最大轴向预紧力,和能够限制轴承陀螺旋转的最小轴向预紧力,得出预紧力取值的上下限.通过试验分析轴向预紧力对电主轴轴承温升和振动的影响.结果在低速范围内,轴向预紧力的变化对主轴振动和轴承温度无明显影响.在中速范围内,随着轴向预紧力增加,主轴振动有较明显减弱,轴承温度有较明显增加.在高速范围内,随着轴向预紧力增加,主轴振动大幅度减弱,轴承温度大幅度增加.结论在每个转速范围内分别引入不同的预紧力上下限权重值,得出满足高速机床主轴全速段性能要求的轴承最佳预紧力.     

机床主轴回转误差对加工精度影响分析

以车床主轴的回转误差为例,分析了由于主轴的纯径向跳动和纯轴向窜动而造成被加工工件横截面的几何形状误差,以及由此产生的加工误差的大小,得出了这两种误差对加工精度影响的各种结果．     

评定主轴径向回转误差的最小区域环计算法

主轴径向回转误差是影响机床加工精度和圆度等仪器测量精度的重要因素。主轴径向回转误差的测量和评定,对于减少其误差,提高机床的加工精度和圆度等仪器的测量精度都具有积极作用。本文提出了一种评定主轴径向回转误差的最小区域环计算法,在计算中不需要试探,可以直接确定出最小区域环圆心移动的最佳方向和步长,较之以往的传统计算方法具有速算速度快和计算精确的特点。     

非正交双回转摆臂机构的主轴轴心偏差的检测

非正交双回转摆臂机构回转范围广、灵活性强,能实现复杂曲面的加工.但该类型回转摆臂机构的主轴轴心偏差会直接影响被加工工件的面形精度.为了有效分析并测量出主轴轴心偏差进而改善机床精度,基于多体系统理论建立了非正交双回转摆臂机构的主轴轴心运动误差模型,此模型包含了回转轴A、B各6项静态结构误差;通过对此运动误差模型进行ANSYS静态仿真分析,获得了回转摆臂机构B在不同回转角度下主轴轴心的运动轨迹;基于Renishaw公司开发的QC10球杆仪测量原理设计了5种不同实验测量路径,验证了主轴轴心运动误差模型可用于非正交回转机构主轴轴心的误差辨识.     

数控机床电主轴热误差的预测方法

为了减少电主轴的热误差,提高数控机床的加工精度,对于时变速度的主轴运转,分别采用多元自回归方法和遗传径向基函数神经网络方法建立电主轴热误差预测模型.根据2种模型对电主轴热变形产生机理的不同表述形式,比较二者的计算效率和拟合精度.研究表明:在相同温升变量的条件下,二者的收敛速度和运算时间相差无几;在预测精度方面2种建模方...