高速加工机床主轴支承系统的研究

介绍高速加工机床用电主轴的特性及应用现状，分析加工机床电主轴系统的理想结构、陶瓷球轴承、电磁浮轴承、液体动静压轴承的特性及其在高速主轴单元中的应用，并以高速数控随动曲轴磨床的主轴支承系统设计为例，说明如何选用设计合适的高速加工机床主轴支承系统。     

采用粘度可控高水基液润滑的高速动静压陶瓷滑动轴承主轴设计

高速主轴作为高速高精密加工机床的关键技术,直接决定着机床的各项工作性能.文中提出一种对粘度一轴承间隙寻优,从而实现主轴高性能的高速高精密主轴设计方法,并设计出新型绿色、粘度可控的高水基液作为润滑剂,随后通过采用动静压陶瓷滑动轴承的高速主轴热弹流数值计算,确定了润滑剂粘度及主轴系统相关结构参数,最终完成了该高速主轴的结构设计.     

液体静压轴承动态特性的探讨

针对按静刚度理论设计的液体静压轴承,在实际应用中存在的高速性能差、动态特性差、加工精度低的缺点进行了剖析和探讨;根据液体静压支承的原理和液体连续流动的理论,提出了液体静压轴承在主轴高速运转时动态特性是影响活塞销孔加工精度的主要因素的观点;并依此为设计依据,实际应用于高速精密静压活塞销孔镗床轴系中,提高了活塞销孔的加工精度,取得了较好的应用效果。以动态特性作为高速精密静压轴系优化设计目标理论的应用,简化了高速液体静压轴承的设计及制造,使高速精密静压轴系在生产中易于推广应用。     

气体悬浮电主轴动态特性研究进展

在高效超精密加工中,气体悬浮电主轴存在电动机高速拖动能力衰减过快、电磁偏心激振、高次谐波激振和电动机定、转子发热严重以及主轴高速带来的温度效应和气流惯性效应等一系列技术难题.因此有必要对气体悬浮电主轴动态特性的影响因素进行系统分析和深入总结.分析气体悬浮电主轴的技术现状以及存在的问题:从轴承结构、气体流动形态、电磁偏心激振和不平衡响应等四个方面对电主轴稳定性的影响进行评述;综述轴承类型、轴承参数、表面粗糙度和轴颈倾斜对系统刚度的影响:阐述系统临界转速和电动机转速-力矩特性以及主轴高速带来的温度变化和气流惯性对主轴系统的影响;围绕主轴的回转精度,对主要因素、回转误差形成机理和精度测试与误差分离技术逐一评述;最后对气体悬浮电主轴技术的发展趋势进行预测和展望.     

高速主轴系统的液体动静压混合轴承优化设计

综合分析了液体动静压混合轴承在高速加工机床主轴系统中的工况条件,基于具体实践和轴承稳态性能数学模型,提出了一种实用化高速轴承优化设计方法。     

超高速磨削机床主轴系统模态分析

针对液体动静压轴承支撑的超高速磨削主轴系统工作的特殊性,在机床工作过程中,主轴高速旋转,动静压轴承的支撑刚度随转速动态变化.为了解主轴系统工作过程中的动态特性,应用Flunent软件求解液体动静压轴承的动态支撑刚 度,而后在此基础上利用有限元分析软件ANSYS建立超高速磨床主轴系统的三维有限元模型,并对其进行模态分析,得到了各阶固有频率和振型.通过设置不同转速下轴承的支撑刚度,获得主轴系统模态分析结果,并利用图解法求解出主轴系统的临界转速.分析结果表明主轴系统在高速旋转状态下,系统的结构刚度会发生变化,使主轴系统的固有频率改变,并且随着转速提高差异越显著.通过振动试验测试验证仿真分析的可靠性,经分析可知,试验与仿真的误差主要来源于支撑模型的简化.     

动静压轴承技术研讨会年底召开

动静压轴承技术已被实践证明在精密机械设备、大型和重型机械设备、机床主轴领域内是很实用的高新技术．为了进一步推广应用动静压轴承技术,中国机床工具协会滑动轴承主轴单元专业委员会定于今年１２月在广州地区召开动静压轴承技术研讨会．现已征集论文,内容包括：动静压轴承结构设计租理论计算、动静压轴承应用体会、动静压轴承用油以及应用动静压轴承所遇到的难题等．动静压轴承技术研讨会年底召开     

液体静压主轴回转误差的形成机理研究

液体静压主轴是精密、超精密机床的核心功能部件,虽然已在工程领域获得广泛应用,但其回转误差的形成机理长期以来并不明确。利用现有的静压主轴计算模型,难以对主轴从静平衡位置到动态回转误差轨迹的过渡过程进行定量精确的计算和仿真,难以揭示出回转误差运动的扰动因素与主轴位置、轴承流量和油膜力等因素之间的内在联系,因而不能从物理本质上合理解释静压主轴回转误差的形成机理。建立了液体静压主轴回转误差的动力学模型,采用全程动网格方法、平衡位置动网格方法和平衡位置油膜刚度阻尼等三种方法,定量再现了主轴从轴颈与轴承的同心初始位置到形成回转误差运动轨迹的过渡过程,揭示了静压主轴形成平均回转中心和回转误差时扰动因素与主轴合力、轴承流量和轴心位置之间的相互影响规律。采用最小二乘法对回转误差轨迹进行评价,对比分析了三种方法计算结果存在差异的原因,提出了可同时兼顾计算效率和计算精度的将动网格与油膜刚度阻尼相结合的回转误差计算方法。     

液体静压主轴的回转精度规律及其极限预测

液体静压主轴是精密、超精密机床的核心功能部件,对机床的加工效率、加工精度和加工表面质量具有直接而重要的影响.回转精度是液体静压主轴的关键性能,目前学术界和工程界对回转精度的各种评价指标之间的内在联系尚缺乏统一认识,对回转精度的机理和形成规律尚缺乏深入研究.系统分析了回转精度各种评价指标和测试方法之间的内在联系,明确了不同误差成分的来源和成因;针对现有回转精度评价方法的局限性,提出了"最小峰峰值+同步误差+异步误差"的综合评价方法.系统比较了不同节流方式对液体静压轴承刚度的影响规律,提出了采用可控节流实现高回转精度的方法.建立了可控节流液体静压主轴的流固热耦合模型,实现了轴心运动轨迹形成过渡过程的精确定量仿真,揭示了供油压力、供油压力波动、动不平衡量和轴颈圆度误差对回转精度的影响规律.最后对液体静压主轴可能达到的回转精度极限进行了预测.     

超高速磨床主轴系统液体动静压轴承的优化设计

阐述了超高速磨床磨头中使用液体动静压轴承的优点，综合分析了液体动静压混合轴承在超高速磨头中的工况条件，基于具体实践和轴承性能数学模型，提出了一种崭新的实用化的高速液体动静压轴承的优化设计方法。     

五自由度磁悬浮电主轴结构与有限元分析

提出一种五自由度稳定悬浮的电主轴,由二自由度磁悬浮异步电机与三自由度轴向混合磁轴承实现五个自由度的稳定悬浮。其中,三自由度混合磁轴承采用四个定子磁极来控制轴向悬浮力与径向扭转力,可有效减少轴向长度。文中介绍了五自由度磁悬浮电主轴工作原理,建立磁悬浮异步电机和混合磁轴承的数学模型,并用电磁场分析软件welll5．0分析其磁场和悬浮力,验证电主轴的可行性,最后运用biatlab软件建立基于转子磁场定向的无轴承异步电机控制系统,仿真结果表明该控制方法可有效稳定控制电机。     

陶瓷轴承电主轴在高速精密磨床中的应用

高速精密磨削要求主轴达到很高的转速,同时对零件加工精度的要求也越来越高。而陶瓷轴承电主轴自身所具有的优点,满足了高速超高速精密加工主轴转速的要求。本文通过本实验室集成的开放式高速精密磨床,介绍了电主轴的PLC控制,并通过主轴振动实验说明了陶瓷电主轴在高速精密机床上应用的优越性。     

内装式电主轴电机的发热和温升问题

电主轴电机的功率损耗发热和高速滚动轴承的摩擦发热所产生的热变形严重影响了机床的加工精度,改善电主轴的温升和发热状况是当前电主轴研究的一大内容.就相关问题有针对性地提出了几种具体的处理措施.     

陶瓷滚动轴承在高速主轴单元中的应用

为了提高生产率和加工精度，机床主轴向高速化发展的趋势引人注目，陶瓷滚动轴承具有一系列的优良性能，在高速及特殊环境等条件下工作的机械中，正逐步得到应用。介绍陶瓷滚动轴承的特声、及其在高速主轴单元中的应用，为陶瓷轴承的实际应用提供一定的依据。     

强非线性条件下的磁轴承高速电动机

为解决磁轴承高速电动机转子中,永磁电动机磁偏拉力与转子残余不平衡导致的磁轴承电磁力非线性问题,实现转子高速稳定运行,采用全局线性化方法对电磁力进行线性化;同时,改进控制器的设计,使用增益调度方法实现转子平稳通过刚性临界转速,并通过有效降低控制器在转子工作频率附近的增益,使转子在高速下能近似围绕质量中心转动,避免电磁力的饱和。最终实现了强非线性条件下磁轴承电动机的高速稳定运行。     

Influence of Particles on the Loading Capacity and the Temperature Rise of Water Film in Ultra-high Speed Hybrid Bearing

Ultra-high speed machining technology enables high efficiency, high precision and high integrity of machined surface. Previous researches of hybrid bearing rarely consider influences of solid particles...     

Herringbone‐grooved bearing with non‐uniform grooves for high‐speed spindle

A hydrodynamic bearing with non‐uniform herringbone grooves has been developed for use with high‐speed motor spindles. The grooves gradually become narrower, shallower and less straight (curved) towards the herringbone centre along axial direction, resulting in an increased pumping effect of the spiral grooves. The optimum dimensions of the grooves for increasing the critical bearing number were clarified theoretically, and bearings with non‐uniform herringbone grooves were found to increase the critical bearing number against the half‐frequency whirl up to about 50% in comparison to bearings with uniform herringbone grooves. Experiments to investigate the suitability of the proposed bearing for high‐speed spindles showed that the maximum rotational speed of a spindle with this bearing was about 20% higher, close to the theoretically predicted 23%, and thus proved that application of this bearing should enable spindles to achieve faster stable rotation as theoretically expected. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

ZERO TRANSMISSION AND ITS APPLICATION IN HIGH SPEED CNC MACHINE TOOLS

0 I~DUrnowgogh speed maChining(HSM) is a Piece of the adVanced manufaCturing teclmology(AMT). It hasbeen developed lapidly in the last decadelll.Combong HSM with the conventional machining, there ~ a lot of adVantageS for HSM, such as:(l )Material removal late can be me~ed up to 3 ~ 6 tab(high Pnxluctivity).(2)Cutting force can be ~ more than 30% ~ 40% (low rigidity wolkpieces and dimcult-iDemachine materials can be machined).(3)More than 95% ~ 98% of the cutting heat is cabed away b…     

大功率空气静压轴承电主轴

介绍自行研究设计的空气静压轴承高频电主轴设计上的特点：一是空气轴承采用“全支承”结构，显著地提高轴承的承载能力和刚度；二是较国内同类型产品其变频电机的输出功率显著增大，可适应高效磨削的要求。     

基于油气润滑的超高转速电主轴轴承润滑性能的试验研究

超高转速条件下主轴轴承内部的润滑特性,是制约电主轴所能够达到的最高转速和影响其动态稳定性的主要因素之一.在油气润滑条件下,利用超高转速电主轴结构,通过改变供油量、转速、轴向预载荷等状态参数,测试反映主轴轴承润滑性能的油膜电阻和轴承部位的温度,对轴承内部的润滑状态性能进行试验研究.结果表明,转速和供油量是影响轴承内部润滑油膜电阻和轴承温升的主要因素,对应于某一转速等特定工况,总存在一个最佳供油量,使轴承能够处于最佳润滑状态;在超高转速条件下,轴承内部会出现严重的"乏油"现象,易导致润滑性能变差、轴承工况条件恶化等.