液体静压转台技术综述

综述了液体静压转台技术的研究现状;从回转工作台结构、规格、回转精度、承载能力、刚性、热稳定性等方面逐一分析和评述了各因素对静压转台关键功能特性的影响规律;最后对静压转台技术的未来发展趋势进行了预测和展望.     

液体动静压电主轴关键技术综述

液体动静压主轴以其高回转精度、高动态刚度、高阻尼减振性和长寿命等性能优势,在高速精密机床领域获得广泛应用,但进一步适应超高速超精密加工需要,发展成为将机床主轴与高速电动机功能从结构上融为一体的液体动静压电主轴,还需解决高速化和结构集成化带来的轴承温升控制和电机性能优化等技术难题,需进一步从机理层面研究轴承特性和电动机高频电磁损耗等科学问题.因此有必要对现有研究成果进行系统分析和深入总结.回顾液体动静压机床主轴轴承技术的发展历史;从轴承油腔结构、节流器、轴颈偏斜、轴瓦弹性变形、轴承副表面形貌、液体惯性效应、热效应、润滑介质可压缩性及非牛顿特性、水润滑动静压轴承等方面,对影响液体动静压电主轴轴承特性的关键技术进行逐一分析和评述;从高速电主轴对电动机几何特性、转速-力矩特性、热特性、振动及噪声特性的要求等角度,全面评述电动机性能的电磁参数设计方法、电磁损耗机理及计算方法和电磁损伤故障防治技术;具体分析动静压电主轴整机特性优化中的关键技术难题;对液体动静压电主轴技术的未来发展趋势进行预测和展望.     

超高速磨削SPWM电主轴系统机电耦合振动的瞬态特性研究

超高速磨削相比于普通磨削具有效率高、表面质量好，可实现难加工材料的精密加工等优点，但是随着砂轮线速度的提高，高速电主轴和高频变频哭的应用越来越广泛，高频高频哭、电主轴、砂轮及磨削载荷之间的机电耦合振动对磨削系统的稳定性和磨削质量的影响越来越显著，因此有必要进行深入的机理研究。为揭示超高速磨削SPWM砂轮电主轴系统的机电耦合振动规律，本文建立了SPWM电压源逆变器供电的砂轮主轴系统的机电耦合数学模型，利用该模型对超高速磨削SPWM砂轮电主轴系统的启动、升速及加入磨削力等瞬变过程进行了数值仿真研究。研究结果表明，该模型能有效地反映SPWM砂轮电主轴系统的机电参数之间的相互影响规律，可以作为超高速砂轮主轴系统研究机电耦合振动的防治和磨削参数的优化的基础；高次谐波电压是诱发超高速磨削机电耦合振动的主要因素；磨削力加载的冲击对横振的影响大于扭振。     

偏载液体静压转台旋转工况下承载力及倾覆力矩动网格计算方法

针对液体静压转台在承受偏载运行时,转台上下导轨面易发生刮擦的现象,为解决传统解析计算方法难以建立偏载静压转台转动状态下承载力及倾覆力矩数学模型,且传统CFD计算方法无法实现对几何边界运动变化的流体域进行建模计算的难题,提出偏载液体静压转台旋转工况下承载力及倾覆力矩动网格计算方法。该方法采用自定义程序实现对静压转台旋转时油膜形态变化的控制;利用弹簧光顺模型更新因转台倾斜方向改变引起的油膜网格变形;将油膜旋转动边界转换为静止边界,有效避免转台旋转引起的网格畸变。采用该方法进行计算,能利用同一模型实现对不同油膜厚度、不同倾斜位移率的油膜进行仿真,避免重复建模,提高了计算效率;能形象再现油膜三维流场压力分布的动态变化过程,计算结果体现了转台运动对流场分布的影响,更贴近工程实际。利用所提出的方法对国产某典型静压转台的承载力及倾覆力矩进行计算,并建立静压转台试验系统,对偏载静压转台进行试验研究。试验数据与动网格方法计算结果的对比分析表明,两者基本吻合,证实所提出的偏载液体静压转台旋转工况下承载力及倾覆力矩动网格计算方法有效。     

基于机电耦合动力学模型的电主轴系统软起动特性

电主轴实现快速平稳起动对缩短加工辅助过程,提高加工效率,降低系统冲击非常重要。针对现有电动机起动性能分析计算方法的不足,如传统基于等效电路的起动电流迭代法不能反映出起动电流和起动转矩的动态变化,且在降压降频条件下迭代不收敛,不适合研究电主轴的软起动;有限元计算效率较低,工程上不实用;基于电动机模型和Park变换的动力学分析方法仅考虑电动机本身,不足以真实反映电主轴系统降压降频软起动性能。提出基于机电耦合动力学模型的电主轴系统降压降频软起动特性分析方法。采用提出方法研究磨用电主轴系统降压降频软起动过渡过程机电耦合机理,分析磨用电主轴系统机电参数对起动电流、起动转矩、脉动转矩等的影响,并在电主轴试验台上进行起动性能试验。揭示机电耦合物理机理。提出通过优化逆变器工作参数、电动机电磁设计参数和砂轮机械参数抑制机电耦合振动,提高系统软起动平稳性,缩短起动时间的具体策略。通过仿真与试验证实了提出方法的正确性和有效性。     

兼顾低速重载和高速轻载电主轴的可控预紧方法研究

为克服电主轴采用传统定压预紧方式低速时预紧力偏小和高速时预紧力偏大的弊端,提出了一种电主轴预紧力可控的预紧方式,对比研究了电主轴在这两种预紧方式下的动力学性能.结果表明,可控预紧电主轴能同时满足低速重切削和高速轻切削的加工要求.     

高频变流诱发的电主轴高次谐波振动及其抑制方法

高速电主轴已在超高速磨削中获得成功应用,但由高频变流诱发的高次谐波机电耦合振动严重影响磨削系统的稳定性和磨削质量,而其动力学机理尚不明确.利用传统的砂轮转子机械模型尚不能定量解释高频变流诱发高次谐波机电耦合振动的原因.在传统砂轮转子机械模型的基础上建立了"逆变器-电主轴-砂轮-磨削载荷"系统的机电耦合数学模型.利用该模型研究了启动、升速及突变磨削载荷等条件下磨削系统的几类典型非平稳过渡过程,并在超高速平面磨床上进行了试验研究.揭示了功率开关高频变流诱发超高速磨削系统机电耦合振动的物理机理,提出了通过优化逆变器工作参数抑制机电耦合振动的具体策略.     

SPWM变频调速与机械转子系统起动非平稳过程建模

考虑到机电特征参数变化对机械转子系统产生影响，建立一种基于SPWM（sinusoid pulse width modulation）技术的变频器-笼形异步电机-机械转子的机电耦合系统模型，并利用该模型对系统起动非平稳过程进行研究。结果表明，所建模型对机电耦合系统动力学规律研究有参考价值。     

液体静压转台倾斜油膜承载特性解析

针对CFD数值仿真计算过程中建模周期长、计算效率低的缺点,基于各封油边当量油膜厚度思想采用解析法来研究液体静压转台倾斜承载特性,推导了倾斜油膜承载力、弯矩和刚度的计算公式,提高了计算效率。利用CFD软件Fluent对油膜进行了数值仿真,结果表明倾斜油膜承载力误差保持在6%以内,弯矩误差保持在8%以内,验证了解析公式的可靠性。利用所提出的解析方法研究了倾斜位移率、供油压力、节流孔径和转速对油膜基本性能参数的影响规律。     

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.