本期导读

异步型电主轴电机电磁场分析和参数优化电主轴,就是把电机转子直接作为机床或者加工设备的主轴,同时配合其他零部件,实现电机与机床主轴的一体化。异步型电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点.而且能够简化机床设计,易于实现主轴定位。基于经典的麦克斯韦瞬态电磁场分析理论,采用     

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。     

数控铣床电主轴故障诊断及仿真分析

针对数控铣床高速电主轴故障分析和诊断的需要,避免因主轴结构设计不合理而产生的故障,进行了基于噪声和小波变换监测原理的电主轴故障诊断仿真分析和动态特性分析方法研究。结果表明,小波变换能有效地把机床噪声信号变换到时频域,得到电主轴工作状态下的时间和频率信息,从而区分出主轴在正常工作下的噪音和故障状态下的工作噪音,诊断出机床电主轴的故障信息。通过模态分析得到了电主轴的固有频率、振型和临界转速,有效避开了电主轴固有频率,并为高速电主轴结构设计和轴承最佳预紧力的确定提供了分析依据。     

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.     

基于多信息源机床主轴轴承故障诊断研究

主轴轴承作为机床关键零部件,当前对其的剥落或变形故障研究较成熟,而对打滑烧伤关注较少,传统诊断方式由于后者的故障特征信号微弱而诊断效果不理想。近年部分研究者尝试引入深度学习以自动的高效的挖掘深层特征,对提升机床主轴轴承故障诊断精度的帮助有限。为改善诊断精度,通过检测不同转速下的振动及主轴磨合过程温升曲线趋势,增加了主轴轴承的故障信息量,结合深度学习,在机床主轴轴承故障诊断上取得了一定效果,为主轴轴承故障诊断提供了指导。     

电主轴单元热误差半闭环主动控制方法

作为影响数控机床精度稳定性的关键因素,电主轴末端热误差不仅由主轴轴承、电机生成热量引起,更与加工环境温度不稳定性密切相关.为在机床加工状态下并行抑制上述热干扰因素以保证主轴精度稳定性,构建了一种面向电主轴单元热误差的半闭环主动控制方法,该方法基于模糊神经网络-PID主动控制策略对电主轴单元内置循环液供液温度进行动态调整,以实现电主轴单元结构温度稳定性控制与热误差半闭环主动抑制.通过试验证明:该方法可以在22℃～18℃温度缓降工作环境中,将电主轴单元结构温升幅度控制在±0.5℃以内;并且相比于传统循环冷却控制方法,该方法可有效抑制各项主轴热误差(降低比例δx为57.1％,δy为56.9％,δz为34.7％),并放宽了电主轴单元精度稳定性维持对恒温加工环境的要求.     

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.     

数控加工中心电主轴故障排除方法

正电主轴也称"直接传动主轴",是内装式电动机主轴单元,它把机床主传动链的长度缩短为零,实现了机床的"零传动",因而在现代数控机床中获得广泛应用,维修的要求及难度比普通的主轴更高,但相关的维修资料又较为缺乏,以下是自己在维修过程中的部分经验小结,希望对大家维修电主轴有个启示。1.电主轴发热的原因及故障排除方法电主轴发热的原因主要有:①主轴轴承研伤或损坏,也会造成主轴回转时摩擦过大,引起主轴温度急剧升高。②主轴轴承润滑油脂耗尽或润滑油脂     

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。     

永磁同步型磨削电主轴偏心振动分析及实验*

电主轴是将旋转主轴与电机转子集成为一体的主轴单元,结构复杂,由于加工或装配误差等原因,电主轴转子会存在着一定的偏心量,为探求由于电主轴偏心所导致的转子振动特性,建立了电主轴转子偏心模型,采用Maxwell应力张量法计算了偏心造成的不平衡磁拉力(UMP),将UMP解析式代入Jeffcott转子模型,得到了转子偏心振动方程。以某磨床的永磁同步电主轴为研究对象,利用有限元方法分析了UMP,发现作用于转子的UMP始终指向气隙最小的方向,研究了不同转速下转子在质量偏心离心力和UMP作用下的振动响应。研究结果表明,电主轴在低速运行时,UMP为转子振动的主要来源;随着转速的增加,质量偏心离心力对转子振动的影响更加明显,而UMP大小保持不变,其频率随转速增加而增大,对转子振动的作用随之减弱。对某机床厂所研发永磁同步型磨削电主轴在试运行时产生的振动问题进行了实验,对主轴振动频谱分析后判断实验电主轴存在静态偏心,测得主轴轴心轨迹对前述分析进行了验证。     

以创新引领主轴技术

本文论述了电主轴设计的生产战略与重要性：高动态特性和高刚度机床有助于保证大功率切削(HPC)和高速切削(HSC)加工生产战略。因此．电主轴结构必须满足下述要求：在HPC生产中要有最大功率和力矩，在HSC生产中要减轻重量和有振动阻尼，以达到最高速度。论述了电主轴设计的当前工艺水平及前景，简要介绍电主轴部件及相关技术：电机、轴承技术、刀具夹紧系统、冷却和润滑系统、传感系统及数据采集与分析的集成电子装置，显示了未来主轴的潜力。其焦点问题是“主轴”与其“外围”设备系统之间的相互作用，如冷却致冷系统，热膨胀控制与补偿系统，电气、电子元件与物理测量系统。介绍了最新技术革新：Hydro-F的主题是带集成转子冷却与液压刀具夹紧系统的液体静压轴承主轴。生产实验将说明液体静压主轴有着优良的性能、速度和过程稳定性并确定其应用范围。Smart Vision是电主轴的数据采集、评价与监控电子系统。关键参数，如轴承温度、换刀次数、电机功率与转矩的监控是保证其过程稳定性和预测其使用寿命的基础。未来系统将可以与操作者主动通讯或采用某种接口，减少意外停机。将就实时解决方案做一介绍。     

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。     

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。     

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。     

气体静压高速电主轴稳定性研究

空气静压电主轴是高速精密数控加工机床的关键部件之一,其稳定性是影响高速数控机床的加工质量和切削性能的重要因素。主要研究空气静压电主轴的气锤振动与涡动失稳的机理和判定方法:以电主轴的静压止推轴承为例,推导了止推轴承产生气锤振动的判别式,利用软件仿真分析了止推轴承的节流孔直径、气腔半径、供气压力三个结构参数对气锤振动的影响规律;分析了涡动失衡的原理,从数值分析的角度,研究了涡动比与偏心率的关系,阻尼系数与涡动速度,阻尼系数与主轴的轴颈转速的关系,并提出了防止气锤振动和涡动失衡的有效措施。     

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.     

高速电主轴单元动态性能试验平台的研发北大核心

高速电主轴作为高速机床的核心部件,其动态性能影响着机床的加工精度。为充分了解电主轴单元运转过程中的动态性能及其对主轴加工精度的影响,开发了一套电主轴单元动态性能试验平台。利用该试验平台和LMS数据采集系统,对HMC80加工中心电主轴单元的回转精度、振动、温升进行空载在线实时监测,为高速电主轴单元的动态性能研究和制造安装提供可靠的实验数据参考。     

电流检测法在电主轴轴承故障诊断中的应用研究

介绍了高速机床电主轴轴承故障特征与故障诊断方法,比较了电流检测法与机械振动检测法的差异与优缺点。重点阐述了基于幅值恢复算法的电流检测的理论依据。实验结果表明通过幅值恢复算法剔除定子电流基频波形,电主轴轴承发生故障时的谐波信号的峰值就能很明显地被体现出来。这对于高速机床电主轴轴承故障诊断具有理论与实际的指导意义。     

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。     

振动分析技术在三相异步电机故障诊断中的应用

电动机状态监测及故障诊断是目前电动机运行维保主要发展方向,其中振动监测是电动机状态监测的重要组成部分,电动机故障包括机械故障和电气故障,部分电气故障会导致电机结构振动响应变化,从而为电机故障预测提供依据。列举电机常见电气故障及其特征频谱,并以案例的形式介绍了振动信号分析在三相异步电机故障诊断中的应用。结果表明,振动分析可以为电机电气故障诊断和预测提供技术支撑,从而避免电机非计划故障停机,实现电机的预知性维修。