陶瓷-钢复合结构高速电主轴的研究

工程陶瓷具有弹性模量高、密度低、减振性能好等特点。为了提高高速电主轴的性能,采用热压Si3N4工程陶瓷与钢作为主轴材料设计了复合结构高速电主轴,并对其静动态性能进行了有限元分析,具体包括主轴组件的径向刚度分析、模态分析及谐响应分析。结果表明,陶瓷-钢复合结构电主轴比传统的钢质电主轴具有更加优良的静动态性能,静刚度、固有频率、临界转速都得到不同程度提高,更适合于轻载高速应用场合。     

氧化锆陶瓷主轴外圆磨削表面粗糙度分析

目的:应用于高速数控机床中的全陶瓷高速电主轴,要求具备高的高速旋转稳定性和高运转精度,其中主轴外圆表面质量对提高主轴的运转性能是非常重要的技术指标。通过分析主轴外圆表面的磨削加工工艺,来获得最佳的主轴外圆表面质量,进而满足高速电主轴的应用性能。方法:在MGA1432A高精度万能磨床上,采用金刚石砂轮磨削陶瓷主轴表面,重点研究砂轮粒度、砂轮线速度、轴向进给速度、横向进给量磨削参数与外圆表面粗糙度的关系。结果:通过正交试验分析,获得全陶瓷主轴外圆磨削最佳工艺参数,按此工艺参数加工后的陶瓷主轴外圆表面粗糙度达到0.11μm。结论:此结果能够完全满足全陶瓷电主轴外圆表面质量的设计要求,并且增强了主轴耐腐蚀、抗疲劳破损能力,提升了整个电主轴的可靠性、寿命等整体工作性能。     

紧凑型高速电主轴拉刀机构静动态特性分析与优化

介绍了紧凑型高速电主轴的结构设计,建立了主轴-拉刀机构双转子系统模型,研究了电主轴拉刀机构的静动态特性,得到了工作状态下电主轴的静态位移、振型、固有频率以及关键点的响应位移。对主轴-拉刀材料、轴承预紧力、轴承组跨距、主轴-拉刀接触刚度以及主轴-刀柄接触刚度等参数进行优化设计。结果表明优化后电主轴的静动刚度均满足要求、固有频率提高、电主轴安全工作频率区间增大。电主轴模态测试结果证明了以上结果的可靠性。该研究为紧凑型高速电主轴的设计提供了理论基础。     

高速磨削用陶瓷轴承电主轴单元的动特性分析

电主轴的结构设计、动态特性在很大程度上决定了高速磨削加工的精度和效率.本文针对高速磨削用陶瓷轴承电主轴进行了动态特性的研究和主轴结构的优化,用传递矩阵法对其动力学性能进行了计算分析,并利用有限元分析软件ANSYS对实验用陶瓷轴承电主轴进行了动特性分析,结合PNAC控制下高速精密磨削实验系统进行了陶瓷轴承电主轴的振动性能实验.     

砂轮接杆对陶瓷电主轴单元动态性能的影响

随着产品加工不断向高精度、高刚度、高速度方向发展,对机床主轴部件的动态特性要求也越来越高,因此对机床主轴部件动态特性分析也显得越来越重要。实验室采用陶瓷球轴承作支承的电主轴做高速精密磨削。在磨削过程中,陶瓷电主轴单元的性能直接关系到主轴能否实现平稳高速、精密加工。砂轮接杆虽然尺寸结构简单,但是对电主轴的动态性能影响很大。文中针对基于PMAC-PC控制下的精密磨床,通过不同转速下电主轴振动信号的傅立叶(FFT)谱,分析了砂轮接杆对陶瓷轴承电主轴单元动态性能的影响。     

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。     

陶瓷电主轴空载电磁振动试验的研究

近年来,对高速高刚度数控机床用电主轴的需求日益紧迫。采用陶瓷材料设计电主轴主要旋转部件可以提高电主轴极限转速及刚度。但由于陶瓷材料导热、导磁及导电及机械性能与金属材料差别较大,因此陶瓷电主轴电磁振动与金属电主轴有所不同。研究陶瓷电主轴电磁振动有利于实现电主轴的低噪声低振动优化设计。本文通过实验研究了陶瓷电主轴的电磁振动特性。     

陶瓷球轴承接触角和预紧力对高速磨削电主轴静刚度的影响

陶瓷球轴承作为电主轴的核心部件,其结构参数对电主轴的静刚度有着重要的影响。基于角接触球轴承径向刚度计算公式,通过仿真分析研究了接触角和预紧力对电主轴静刚度的影响。通过建立的主轴-轴承系统三维有限元模型,仿真获得了不同接触角和预紧力下主轴前端径向变形及主轴静刚度,进而根据有限元仿真结果拟合得到了主轴静刚度关于接触角和预紧力的拟合方程及拟合曲线。     

陶瓷轴承电主轴主轴的振动模态分析

针对实验室高速精密磨床用陶瓷轴承电主轴,在有限元分析软件中建立了三维有限元模型,对主轴部件进行了模态分析,得出了主轴前五阶固有频率和振型,对刚性支承和弹性支承情况下主轴模态进行了对比分析,为下一步进行详细的陶瓷轴承电主轴动力学分析打下基础。     

高速大功率镗铣类加工中心电主轴开发

从实现电主轴的高速、高加工精度入手,着重从主轴静、动态特性方面利用有限元技术进行仿真分析和样机试验,设计出一种高速电主轴。建立了主轴部件有限元分析模型,包括主轴部件结构简化、单元类型选择及结构剖分、约束条件建立、载荷条件确定、主轴部件上零件附加质量处理。样机实测数据表明,主轴系统静刚度符合设计要求,静态回转精度实测值与设计值相符,实际加工精度符合国标对该类机床主轴系统的要求。     

高速磨削用电主轴结构动态优选设计

考虑滚动轴承径向刚度随转速非线性变化，运用传递矩阵法对电主轴的临界转速和静刚度特性进行了系统的研究，用Matlab工具开发了一套具有自主知识产权的动态计算分析软件。以某款精密高速(51000r／min)磨削用电主轴为对象，分析了主轴结构参数与砂轮参数对主轴动态特性的影响，并对主轴结构进行了优选设计。结果表明，基于传递矩阵法编制的电主轴动态设计软件运行可靠、操作简便，可应用于电主轴的动态设计与快速开发。经优选设计后，电主轴的一阶临界转速和主轴端静刚度均有较大幅度的提高。     

大功率陶瓷轴承电主轴单元的研制

介绍了电主轴单元的优良特性及其应用，结合高速电主轴单元的研制实践，分析了大功率电主轴单元支承选用及预负荷的确定，探讨了电主轴单元的结构布局与设计，讨论了电主轴单元冷却与润滑系统的设置，通过实验测试电主轴的静动态性能，为加快开发新型电主轴及其在数控机床上的应用提供技术依据。     

热变形对电主轴电机转子与主轴过盈配合的影响

概述了电主轴的结构,分析了电主轴转子与主轴过盈配合存在的问题.通过对电主轴静态过盈量和动态过盈量的比较,针对高速电主轴在稳定温度场下的热变形对电主轴电机转子和主轴配合的影响,从理论上进行了研究,提出了在设计时对过盈量进行热变形误差补偿,为全面提出热公差配合理论奠定了良好的基础.     

基于ANSYS的全陶瓷电主轴动态分析及振动性能测试

对设计的全陶瓷电主轴进行结构分析,在ANSYS中建立了其轴承-主轴转子系统三维有限元模型。采用Subspace法计算了前6阶固有频率和振型,计算出临界转速,然后通过Harmonic分析得到了主轴在不同激励下的动态响应,并对装配好的全陶瓷电主轴进行振动性能测试及其分析。ANSYS动态分析计算结果表明主轴设计工作转速远远低于其临界转速,能有效避开共振区;全陶瓷电主轴振动性能测试结果表明在设计范围内电主轴振动平稳,设计符合要求。     

基于有限元流固耦合方法的高速空气主轴特性分析

采用有限元流固耦合法对高速大功率空气静压电主轴特性进行有限元分析研究,得到电主轴特性的理论数据.对全支承型式的空气静压主轴刚度与传统的两支承型式的主轴刚度进行对比分析,为后续对轴承的支承结构和主轴的动静态特性进行优化提供必要的理论依据.     

机床的主轴单元（下）

通过回顾机床主轴发展历程,指出电主轴在高端数控机床的应用日益广泛。继而详尽地阐述了机床主轴单元的设计要点,包括轴承、润滑和冷却以及刀具接口等。接着对主轴的静动态和热性能分析以及建模仿真进行了全面介绍。最后指出主轴的工况监控、智能化和自适应控制是新一代电主轴的重要特征和未来发展趋势。     

基于传递矩阵法的电主轴动态性能分析

利用传递矩阵法对电主轴进行了简化,并分段建模。对轴系中典型单元的状态进行了数学描述,分析了刀具组件对主轴动力学性能的影响。并以额定转速为15000r/min的立式加工中心电主轴为例进行了动力学分析和计算。     

基于免疫遗传算法的模糊径向基函数神经网络在高速电主轴中的应用

为满足高速高性能电主轴系统快、稳、准的控制要求,结合免疫遗传算法寻优速度快及模糊神经网络控制不依赖主轴系统模型的优点,设计了一种将模糊逻辑控制、径向基函数(Radical basis function, RBF)神经网络和免疫遗传算法进行有机结合的高速电主轴系统全局优化的控制策略,并将该智能控制策略成功应用于高速电主轴系统双闭环矢量控制系统的转速控制器中。通过免疫遗传算法对该智能控制器三类参数的同步优化取得了最佳控制效果,从而实现了对主轴输出转速的精确控制。试验和仿真结果验证了所设计的控制器能够精确控制主轴的输出转速,而且当高速电主轴受到突加负载冲击时,具有很好的抗干扰性能及较强的鲁棒性,使主轴系统具有优良的动、静态性能,实现了高品质驱动。     

高速铣削电主轴可靠性试验载荷谱的研究

研究了铣削电主轴可靠性试验载荷谱的编制方法,调研和收集了国产170XD30铣削电主轴典型铣削工艺和数据。通过对相关切削数据的分析和计算,整理出了该电主轴载荷谱的样本数据,绘制了铣削电主轴载荷的相对铣削时间分布点图和累计相对铣削时间分布点图,初定总体分布模型并进行了参数估计。运用K-S检验法进行分布拟合检验,建立了国产170XD30铣削电主轴载荷谱的分布模型和五级试验加载谱。     

Comprehensive measurement and evaluation system of high-speed motorized spindle

Reducing the manufacturing time is the trend of high-precision manufacturing, and the precision of a work-piece is very important for manufacturing industry. The high-speed motorized spindle is the most critical part and becoming more widely used in the machine tool at present, and its precision may affect the overall performance of high-speed cutting. Most of the studies on high-speed cutting are focused on the cutting force, the vibration of the spindle and effects of the spindle’s thermal deformations; hence, how to roundly measure and objectively evaluate high-speed spindle is an imminence question of it because the comprehensive dynamic properties and evaluation system of spindles directly affect the cutting ability of the whole machine tool before they are manufactured. This paper presents a comprehensive measurement and evaluation system of high-speed motorized spindle, which reflects the overall performance of motorized spindle and bases on international standard.