基于高速电主轴结构的数控机床分析

本文叙述了高速电主轴的特点之后,依据简易结构图详细描述了其工作原理,然后分析高速电主轴因为结构紧凑而带来的一些重要技术问题,并且提出了相对应的解决方法。     

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.     

高速大功率精密电主轴中的关键技术

高速精密大功率电主轴是高速数控加工机床中的核心部件，其性能的高低直接影响到高速加工机床的整体发展水平。本文阐述了该技术的国内外发展现状，系统介绍了制约电主轴发展水平的几项关键技术，并对高速大功率电主轴的未来发展方向进行了展望。     

电主轴轴承高速性能的分析

根据Ｊｏｎｅｓ套圈控制理论建立的动静分析法，确定考虑球离心力和回转力矩，球和滚道之间的接触状态和运动状态，进而预测旋滚比。分析了影响高速性能的因素和实现高速化的途径。所得结论和计算程序对高速轴承的开发应用有实用价值。     

高速电主轴转子轴承系统动力学特性分析

为了预测高速电主轴转子轴承系统的动力学行为,本文以150M D25Z7.5高速电主轴转子轴承系统为研究对象,考虑质量偏心及"负刚度"效应,建立转子轴承系统动力学模型.运用Runge-Kutta法及稳定性理论,分析了系统动力学响应及不动点处的局部稳定性.结果表明:①转速的增加,系统振幅逐渐增大,且系统表现出复杂的动力学行...     

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。     

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.     

高速电主轴热特性仿真与实验研究

对高速电主轴温度场分布随转速的变化规律进行了研究。通过在外壳上布置一定数量的温度传感器,对不同转速下的外壳温度进行实时测量,并将实验结果与ANSYS的模拟结果进行对比,验证了采用在电主轴外壳上布置多个测点测量与仿真相结合的方法来预测电主轴内部温度场分布的可行性;另外还分析了在不同转速下,高速电主轴关键部位的温升,仿真结果表明:主轴在6000~10000 r/min时,温升呈线性增加,在大于10000 r/min后,温升以指数规律增加。     

高速电主轴非接触电磁加载研究

为了克服接触式加载中存在的摩擦、振动、噪声等问题,提出应用电磁加载的方法,研制电主轴非接触加载试验平台,进行电主轴非接触加载试验.推导加载装置的吸引力公式,通过磁路分割法计算加载力,并进行有限元仿真计算.通过力传感器采集电磁铁不同输入电流下的加载力,并与理论计算值和有限元仿真值进行对比,验证非接触加载的正确性和可行性;在恒定输入电流情况下,电主轴不同转速时进行电磁铁加载力的测试,得出加载力与转速的关系曲线.研究结果表明:计算值、仿真值与实测值比较接近,说明实验装置设计正确.本实验平台可准确高效采集加载力、温度等信息.     

高速电主轴热态特性的ANSYS仿真分析

分析高速电主轴的发热和散热特性,建立高速电主轴热态分析有限元模型.运用 ANSYS有限元软件,分析热稳定状态下电主轴的温度场分布以及冷却润滑系统对电主轴温升的影响.分析结果表明,提高电主轴现有冷却润滑系统的冷却效率可有效控制轴承的温升,但对转子轴的温升影响很小,要有效控制转子轴的温升和提高电主轴的精度和寿命,必须研究转子轴的冷却途径和方法.同时,仿真分析转速对电主轴温升的影响,揭示电主轴温度场分布的非线性特征,为电主轴温升的在线监测和控制提供理论依据.     

浅析高速机床电主轴轴承的选择及配置

介绍高速机床电主轴轴承的典型结构，阐述了电主轴轴承的性能、选择及配置方法。     

高速磨床电主轴热刚度耦合模型的分析与优化

提出了基于Timoshenko梁理论的主轴刚度与热的耦合模型,基于有限元方法,通过研究电主轴主要结构参数与润滑方式对主轴刚度和前轴承温升的影响,模拟了主轴的刚度与热性能,给出了高速电主轴系统优化方案.研究结果表明,选用油气润滑方式,当滚珠直径为10.25mm、主轴直径为100mm时,优化后前轴承的温升从优化前的26.2℃降低至22.0℃,相应地,主轴刚度从195N/μm增加至220N/μm.     

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。     

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.     

高速气浮电主轴转子系统不平衡响应分析

针对高速气浮电主轴转速高,动力学行为复杂,对不平衡激励敏感的特点,基于推广的拉格朗日方程,建立了高速电主轴转子气体轴承系统的动力学数学模型,获得了自由振动微分方程与强迫振动微分方程。在分析气浮电主轴系统残余不平衡质量产生的惯性离心力及不平衡磁拉力的作用机理的基础上,利用有限元方法,对某最高工作转速为250000 r／min 的高速气浮电主轴转子系统进行了不平衡激励的谐响应分析,揭示了运行于超临界模式的高速气浮电主轴在不平衡激励下的动力学行为,为实际工程应用中的高速气浮电主轴转子系统的优化设计、振动控制等提供了理论依据。     

HDJD240-18/35T高速精密永磁同步电主轴

本电主轴根据《湖南省科学技术厅重点项目合同书“高速精密机床电主轴的中试开发”》的相关要求进行研制,应用了国家自然科学基金项目（No．50205008）的相关研究成果。该产品主要应用于现代高速加工机床,如加工中心、磨床、铣床、车床、钻床等。项目组对高速精密永磁同步型电主轴进行了系统的理论研究,研制成功了我国第一台高速精密永磁同步型电主轴。该电主轴集成了主轴系统动态热态特性设计、精密加工与精密装配、高速陶瓷球混合轴承、油气润滑和高速电机与驱动等技术,获得了多项国家专利。     

高速木工机械电主轴热态特性分析

介绍了高速木工机械电主轴的特点,分析了高速木工机械电主轴单元的热变形机理.建立了某型高速木工机械电主轴热态特性有限元分析模型,利用ANSYS进行了稳态温度场分析,并利用分布加载瞬态热分析模拟了机床的实际工作情况,得到了电主轴的温度场分布情况,为有效控制电主轴的温升提供了理论依据.在分析结果的基础上,提出了改善电主轴热态特性的措施,为电主轴冷却结构设计提供了参考.     

高速电主轴机电耦合建模与仿真研究

由于缺乏对高速电主轴系统特性的完整理解,特别是在实际应用中,因高速电主轴自身的机电耦合失效而在没有任何报警情况下所产生的突发性故障,严重限制了高速电主轴的应用.基于机电系统分析动力学理论,从机电能量转换的机理、耦合磁场所起的传递作用出发,利用变分原理和状态方程建立了机电耦合动力学数学模型;对机电能量的转换,输入电压、电流与输出转矩、转速的相互关系做了量化说明,并用MATLAB/SIMULINK软件进行了仿真.     

HCBT40D15型电主轴技术研究

电主轴技术是将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。本文介绍了电主轴的技术路线、工艺流程和研发的技术内容，阐述了HCBT40D15型电主轴的技术特点，并提出了研发的技术关键和创新点。     

高速数控机床智能进给控制器研究

高速进给系统是高速切削机床的关键技术之一。文章介绍以直线电机为核心组成的高速进给系统,分析了系统的组成结构,建立其数学模型,并设计了新的模糊进给控制系统,比较了新系统与传统进给系统的仿真结果。