基于机床数控系统的电主轴控制技术

随着机床产业的不断发展,电主轴的应用越来越广泛,电主轴上配置星角切换装置后,不但具有低转速时高扭矩,还具备高转速时大功率的特性。高速运转的电主轴的主轴型式是将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件的内部,即把高速电机置于精密主轴内部,电主轴的电机转子就是主轴,主轴的壳体就是电机的机座,实现了变频调速电机和主轴一体,电机直接驱动主轴,形成电主轴。     

电主轴振动故障诊断与治愈研究进展

电主轴是主轴与电机一体化的新型主轴,是高速机床的首选主轴。加工过程中电主轴振动故障时有发生,影响回转精度、使用寿命和工件质量。综述了近年来机床电主轴振动故障诊断与治愈即振动控制的研究进展。电主轴振动故障诊断主要采用信号处理和机器学习两个思路,前者以振动信号频谱和时频分析为核心,后者以故障数据集降维、分类和聚类分析为重点。故障治愈是故障诊断目标,主要有转子主动平衡、轴承和电机主动调控3个手段。电主轴故障诊断还缺乏神经网络、深度学习和趋势预测等方面研究,故障治愈技术的实用化程度尚不高,智能电主轴的研发仍需持续努力。     

涡轮式高转速数控中心主轴单元研究与开发

高性能主轴系统是高转速数控中心机床的核心功能部件之一,是实现高速加工重要的基本单元,机床主轴由内装式电动机直接驱动,实现了机床的“零传动”。本文在数控中心机床电主轴结构现状基础上,分析了电主轴单元的主要组成和融合技术,介绍了电主轴刀具刀柄接口技术的设计方案、提出高转速涡轮式主轴单元不平衡问题的瞬间数据及稳态分析,对涡轮式高转速数控中心主轴单元研究与开发具有独到见解和实践应用。     

电主轴系统的最佳预紧力研究

高速电主轴是高性能机床的核心部件,它将主轴电动机内置于机床主轴中,两者"合二为一",因而具有结构紧凑、质量轻、惯性小、振动小、噪音低、响应快、易于实现主轴定位和准停等突出优点.新一代高速电主轴的工况特点是低速大转矩和高速大功率,预紧力可控是很有技术发展前途的新方向.确定最佳预紧力,实现电主轴在包含低速大转矩与高速大功率整个工作范围内动力学品质全局兼优是预紧力可控的基础.因此,本文对电主轴系统的最佳预紧力进行了研究.     

内置式静压电主轴热性能正交试验研究

电主轴技术在机床领域获得了广泛应用,其热性能有利于提升机床的性能.基于正交法,分别以温度和热变形为指标对内置式静压电主轴可控的主轴转速、电机水冷温度、供油压力和油箱油冷温度四个运行参数进行了单指标正交试验,在主轴转速4000 r/min～5000 r/min下油箱油冷温度是影响最大的因素;分析确定电机冷却温度、供油压力、油箱油冷温度三个较佳的运行参数后,进行了主轴转速7200 r/min的运行试验,此时电主轴最高温度不超过60℃,热平衡时间为25 min;相关技术研究成果可应用于机床整机的热性能分析.     

数控机床数字交流主轴伺服系统的研制

介绍了一种单片微机控制的高性能交流异步电机矢量控制主轴伺服系统。该系统能够使电机在整个调速范围内平滑稳定地运转,噪声低、振动小且具有主轴定向控制及机床必须的其他功能,可广泛满足通用数控机床、加工中心、电机内装式电主轴单元和其他高精度调速的要求。     

转子静偏心状态下机床电主轴电磁力有限元分析

电磁振动是电磁直驱型机床电主轴不可回避的振动来源,为了抑制电磁振动需要探讨其电磁力的频谱特征。推导了三相异步电主轴的电磁力波计算公式,重点分析了转子偏心状态下的电磁力波特点。基于Ansoft电磁场计算软件,建立了某国产电主轴的电磁场有限元分析模型,获得了电主轴的运行特性曲线。研究了转子在不偏心和偏心状态下的电磁力频谱变化规律,结果表明,静偏心会使电磁力力波成分更为丰富; 偏心的增加不会影响电磁力的阶次和频率分布,但与不平衡磁拉力的幅值和低阶力波幅值成正相关关系,将加剧电主轴的振动。     

超高速磨削电主轴磁热耦合分析

磨削电主轴高速运行时内置电机温升较大,对其工作性能将产生严重影响。以超高速磨削电主轴为研究对象,采用双向耦合方法进行电主轴电机磁热分析。分别建立电主轴电磁场与温度场的有限元分析模型,对电主轴散热边界条件和材料的温度特性进行计算。将电磁场分析得到的电磁损耗导入到温度场中计算温度场分布,根据温度场改变电磁场材料属性参数以更新电磁损耗,实现电磁场与温度场的磁热双向耦合分析。通过绕组端部的温升实验结果与仿真结果对比分析可以得出,采用磁热双向耦合的分析方法,可以提高磨削电主轴温度场分析的准确性。     

电机后置式电主轴的结构优化

针对某型号的电机后置式电主轴加工精度低、振动大、温升高等缺点,对后置式电主轴进行了优化设计,在主轴末端增设一个小尺寸轴承,对改进前、后的电机后置式电主轴进行振动特性的比较分析。结果表明,在末端增设一个小尺寸轴承后,电机后置式电主轴振动值变小,运转精度提高,径向跳动和轴向窜动明显减小。     

高速电主轴的热变形研究

以高速机床电主轴单元为研究对象,研究主轴温升对电主轴精度的影响.通过对电主轴主要热源的分析,应用ANSYS软件对主轴进行建模,研究高速电主轴轴心温度场的分布情况和主轴的变形趋势.在明确主轴产生的热量与热变形量之间关系的基础上,提出针对电主轴热变形量的补偿措施,从而提高高速机床的稳定性,确保主轴精度的保持性.     

永磁同步电主轴热态特性分析

针对电主轴的热分析主要集中于内置电机为感应电机的电主轴,对内置电机为永磁型的研究甚少的现状,基于电磁学和摩擦学理论对永磁型电主轴的热源进行了计算,并使用传热学经典理论计算电主轴热边界条件。以此为基础在Ansys Workbench中建立电主轴有限元分析模型进行热态分析,根据求解结果进行热-结构耦合分析。结果表明,由于永磁同步电主轴有着转子不发热的固有特性,导致热量主要集中在前后轴承处并使主轴产生热变形。     

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。     

高速电主轴热态性能分析

高速机床是实现高速加工的必要条件,高速电主轴是高速机床的关键部件。在高转速下,电主轴会产生热变形,从而严重影响高速机床的加工精度。本文对车铣用电主轴的热态特性利用ANSYS进行了基于热接触理论的有限元分析。最后提出了改进高速电主轴温度场分布的主要措施。     

高精高速高效的机床功能部件——电主轴

电主轴的优势 不同于传统机床主轴,电主轴是将电动机置于主轴内部,通过驱动电源直接驱动主轴进行工作,省略了中间传动装置,实现了电动机、主轴的一体化功能,具有高转速、高精度、低噪声、低温升、结构紧凑、安装方便等优点。     

机床电主轴冷却系统油品问题的原因分析及排除

高速加工中心的电主轴使用冷却循环油进行冷却和润滑,冷却油的品质直接影响主轴的使用寿命。通过介绍某品牌加工中心的电主轴冷却油循环系统,分析了该主轴冷却循环油中混入切削液的原因,详细阐述了故障维修的全过程及机床缺欠的改进,解决了同型号机床电主轴冷却循环油混入切削液的问题,显著提高了机床主轴的使用寿命。     

磁拉力作用下不同结构电主轴的动力学特性研究

为了研究磁拉力对不同结构电主轴动力学特性的影响,依据电主轴磁拉力的力学方程,建立了电主轴的有限元分析模型,进行磁场和力学场双向耦合计算,对电机位于不同主轴位置时的电主轴动力学特性进行研究,得到了其动态特性变化曲线。同时,进行电主轴的试验测试,以验证有限元模型及分析方法的合理性与正确性。结果表明,电主轴的电机位置会影响电主轴运动的稳定性,电机放置在主轴的轴承中间时会比电机放置在主轴一端时运行得更加稳定;在试验测试误差和模型简化误差的条件下,理论计算所得的轴心轨迹总位移比实际测量偏小,初步验证了有限元模型及算法的合理性和正确性。     

高速电主轴热态性能分析

高速机床是实现高速加工的必要条件,高速电主轴是高速机床的关键部件.在高转速下,电主轴会产生热变形,从而严重影响高速机床的加工精度.本文对车铣用电主轴的热态特性利用ANSYS进行了基于热接触理论的有限元分析.最后提出了改进高速电主轴温度场分布的主要措施.     

基于有限元的异步型电主轴电机电磁场分析和参数优化

基于经典的麦克斯韦瞬态电磁场分析理论,采用Ansoft有限元软件对异步型电主轴电动机进行工况仿真和瞬态磁场分析,旨在获取该电机的电磁转矩、效率、功率因数等主要工作指标,并探讨电机效率与定、转子轴向长度的变化规律。有限元分析结果验证了电机机械特性、效率与转速变化曲线、磁链分布、定子电磁参数变化等规律;仿真结果显示,在满足槽满率不大于75%的前提下,电机效率并非是铁心长度的一次函数,其峰值位于铁心长为155 mm左右。     

机床主轴部件探讨

针对机床主轴的特性要求,探讨了主轴部件在传统主轴设计和电主轴设计中需要注意的问题。详细介绍了主轴轴承的选择、润滑和冷却方式,分析了解决主轴系统的振动、噪声和热变形等问题,并提出了相应的解决方法。随着电主轴的普遍应用,在结构设计中将会得到不断的完善,成为机床传动中可靠的主轴功能部件。     

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。