基于试验模态分析的电主轴振动特性研究

本文通过对电主轴测试试验内容、测试原理、测试试验平台设计、测试试验方法及步骤等方面内容进行阐述,并用测试试验数据——振动频谱曲线图进行了电主轴振动特性分析,找到了电主轴产生共振的转速范围,为数控机床的动态研究和设计提供了依据。     

高速电主轴的电压解耦与负载特性

为了研究高速电主轴动态数学模型中耦合回路对高速电主轴负载特性的影响,根据控制理论的不变性原理,在高速电主轴给定电流和反馈电流的偏差处引入外部解耦支路来消除耦合电压的影响,研究解耦后高速电主轴的励磁电流和转矩电流在负载变化时对主轴磁通、电磁转矩以及负载特性的影响方式,并利用高速电主轴性能测试试验平台进行负载特性测试.理论分析和试验结果表明:高速电主轴的解耦效果会直接影响主轴磁通的稳定性和转矩电流对负载的线性跟踪能力,并通过不同频率下机械特性曲线的平行度、电磁转矩脉动程度、主轴的载荷能力、功率因素和效率等特性参数直接体现.因此,可以根据包含上述特征信息的机械特性曲线、功率因素曲线和效率曲线的变化趋势,判断高速电主轴的实际解耦效果,并预测高速电主轴在该控制方式下的动态性能.     

数控机床高速电主轴动态性能测试与分析

电主轴的性能尤其是动态性能直接影响着主轴运转的稳定性及高速加工的加工精度和生产效率,也决定着高速数控机床的整体发展水平。通过分析数控机床高速电主轴动态性能的主要影响因素,搭建了电主轴动态性能测试试验平台,完成了电主轴在1 000~15 000 rpm转速范围内的振动信号采集与处理,实现了电主轴的动态性能测试与分析,并据此提出了提高电主轴动态性能的有效措施。     

基于传递矩阵与有限元法对陶瓷电主轴转子动态特性的分析

目的求解170SD30-SY无内圈陶瓷电主轴转子的固有频率,分析转子动态特性.方法利用Prohl传递矩阵法、有限元法对陶瓷电主轴转子进行了固有频率的计算和仿真分析,并绘制位移与频率、刚度与频率曲线,对陶瓷电主轴转子动态特性进行分析.结果通过Prohl传递矩阵法求解的结果与有限元仿真结果对比,固有频率误差最大为12%,有限元分析得出转子前四阶振型,主轴前端振动范围及刚度与固有频率的变化趋势,从而便于研究预紧与振动之间的关系.结论通过计算与仿真验证,证实两种方法的可行性及有限元法便于求解分析,得出陶瓷电主轴的固有频率高于普通钢轴,增加刚度有利于固有频率的提高,为陶瓷电主轴转子的动态特性分析提供充分依据.     

基于轴承动刚度的电主轴动态特性影响因素分析

目的研究不同条件下角接触轴承动刚度对电主轴动态特性的影响,为优化主轴动态特性提供理论支持.方法基于拟动力学研究方法求解角接触轴承动态性能,建立电主轴转子系统有限元模型分析不同轴承滚珠材料和预紧力对轴承动刚度及电主轴动态特性的影响.结果钢球轴承刚度小于陶瓷球轴承,且随着转速提高,钢球轴承刚度下降较快;装配陶瓷球轴承电主轴一阶固有频率较高,工作端位移较小;随着预紧力提高,角接触轴承刚度软化效应减弱,主轴固有频率增大,轴端位移减小.结论改用陶瓷滚珠或者适当提高预紧力都能有效改善轴承动力学特性,提高电主轴固有频率,使得主轴动态特性得到优化.     

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。     

多参量耦合的电主轴热特性建模及分析

为了深入研究电主轴热特性,通过分析轴承非线性力学特性与热效应间的耦合作用机制,建立了综合考虑热诱导预紧力和黏温效应的轴承动态生热计算模型;在引入接触热阻的基础上,基于系统内部多参量耦合关系,建立了电主轴热-结构耦合计算方法。以某型号电主轴为试验平台,进行了温升及热变形试验,利用试验数据对所建模型和分析方法进行了验证。最后,采用所建模型,对电主轴进行了热特性分析,结果表明:不同工况下电主轴仿真结果与试验数据吻合度良好,所建模型和分析方法进一步提高了仿真计算精度;电主轴温度场分布表现为外冷内热;轴芯热积聚导致的电主轴轴向热伸长是影响加工精度的主要因素;受到配合方式和装配位置的影响,轴承在温升过程中预紧力不断减小。     

电主轴内置电机热性能分析

从电主轴结构特征入手,应用电磁学理论和能量守恒定律建立内置电机的电磁损耗模型,并结合系统状态 方程,分析电机内部产热,制定电主轴加载试验,测量电主轴运转过程中的电参数,以此为依据计算定转子的主要 能量损失———铜损和铁损,并在不同工况下测试内置电机附近的壳体的温度变化规律,为进一步分析电主轴动态 特性提供依据.     

数控机床电主轴热敏感特性分析及试验研究

建立了数控机床电主轴的热动力学模型,基于热动力学理论对电主轴系统的热源分布及温度场的传热特性进行分析.采用互相关和互信息量算法研究了数控机床电主轴系统的热敏感特性,分析了温度场对热变形的影响规律及耦合特性,结果表明电主轴系统存在热敏感区域并具有热漂移特性.通过在热敏感区域内筛选温度敏感点从而建立热误差预测模型,实现了对电主轴轴向和径向热变形建模和预测.以YK73200数控齿轮磨床为试验平台开展了电主轴系统的热敏感特性试验.通过对磨床电主轴系统热变形预测值与实测值进行分析和对比,验证了电主轴系统热敏感区域温度与相应热漂移之间的内在关系模型,试验结果为开展精密数控机床热误差补偿技术研究提供理论指导和实验基础.     

高速电主轴在线温升及轴向热伸长测试系统的设计

摘要：文章针对高速电主轴的热源及热误差问题进行了研究。阐述了基于多通道数据采集卡与虚拟仪器技术的高速电主轴在线温升及轴向热伸长测试系统的整体设计方法,测试系统硬件由多功能数据采集卡和高精度位移、温度传感器组成,并在LABVIEW平台上以图形化方式编写测试系统配套软件,实现了对信号的实时采集、存储与回放,并对数据进行处理和分析。实验结果表明,该测试系统运行稳定、可靠,达到了预期的效果。     

高速电主轴系统的极小子样试验评估方法研究

针对数控机床这类高可靠性产品的寿命实验数据极少的情况,为了提高数控机床高速电主轴系统的可靠性寿命评估精度,基于性能退化可靠性评估的理论对高速电主轴系统进行了机械应力仿真加载试验.对高速电主轴的退化数据,借助MATLAB软件利用最小二乘法对样本的退化模型参数进行估计,得出一次伪失效寿命.应用虚拟增广法和半经验评估法相结合的可靠性评估方法对高速电主轴系统进行了可靠性评估,得出了高速电主轴系统的平均无故障寿命均值的置信区间.与单纯地采用以往的半经验评估法进行可靠性评估的结果对比,进一步提高了高速电主轴系统在试验样本极小的情况下的试验寿命评估精度,为高速电主轴系统的可靠性研究提供了更加合理有效的评估方法.     

磨床电主轴轴端位移变形的有限元分析

以某平面磨床的砂轮电主轴作为研究对象,用HyperMesh软件进行建模分析,计算砂轮机构在磨床横梁上进给到不同位置时,电主轴轴端的变形情况,绘制出差值曲线。提出增加卸荷装置减小变形的方案,对其可行性进行了模拟验证。研究结果为该平面磨床卸荷装置的设计改进提供有用依据。     

数控机床主轴热特性分析

主轴热误差是数控机床热误差的主要组成部分,热弹性现象是交替变化的热源作用在构件上产生的,误差补偿是提高机床精度的最有效方法之一．为此,提出并分析了一维主轴热弹性现象产生的原因及其重要特征,并通过有限元分析和实验验证了热动态特性的存在及变化规律．随着时间的增长,温升．热变形之间的关系会逐渐趋近稳态,但不可能获得绝对的稳态．在传热过程中,随着传热距离的增加,温度变化滞后性越大．     

数控机床系统的调试、故障诊断及维护

结合实验室实际工作经验,介绍数控机床系统的一些调试、故障诊断及维护的方法,以便能正常地开展实验教学工作。并进一步使数控技术课程的理论与实验相结合,更加符合社会对高技能人才的要求,进一步提高学生的动手技能。     

在实验教学改革中培养学生的创新能力

介绍了现代大学生创新能力培养的目的和意义,探讨了在实验教学改革中,如何通过设计综合性、设计性实验;改革实验考试方式和鼓励学生参与各种比赛,参与教师的科研活动等途径来提高学生的创新能力。     

基于嵌入式操作系统的数控机床系统的设计与开发

本文利用嵌入式操作系统设计数控机床,选择ARM微处理器和μC／OS-Ⅱ实时操作系统作为数控机床运行平台。该设计包括硬件（板级和芯片级系统两大系统）和软件两大电路,根据设计原则将该系统分作为6大周期性实时任务以达到设计目的。     

基于LabVIEW 8的实验虚拟圆度仪系统

为满足回转工件的圆度加工精度要求,以M(National Instruments)公司的最新版图形化编程软件LabVIEW 8为圆度仪的虚拟界面编程平台,结合步进电动机控制的旋转工作台、电感位移传感器、USB插口的数据采集卡和自行设计的信号调理电路等硬件组成部分,设计了实验虚拟圆度仪系统.测量时,采用两种误差分离技术分离圆度仪主轴误差,然后根据不同的圆度误差评定标准,进行圆度评定,计算出圆度误差.圆度误差值为组建用于动态测量精度理论研究的分析实验系统做准备.     

高速电主轴的结构设计与发展

根据电主轴的结构特点和设计要求,通过分析其结构、电机技术、冷却、润滑等直接影响电主轴性能的各项指标,进行性能的分析和比较,提出了提高电主轴性能的主轴设计方案,为高速电主轴的快速发展提供参考.     

复杂结构上的磁悬浮轴承混合控制关键技术

通常磁悬浮主轴单元采用相对位移运动控制,安装到复杂机床结构上后,由于受到切削力、不平衡力、AMB及主轴电机电磁力和机床其他激励作用的影响,难以获得更高的加工精度。为了提高安装于复杂结构磁悬浮主轴单元的精度和动刚度,提出相对和绝对运动混合控制策略。分析了实现混合控制需要解决的关键技术问题以及混合控制方法的应用展望。