磁悬浮电主轴的模糊控制策略研究

建立了五自由度磁悬浮电主轴试验系统,利用MATLAB工具箱分别仿真分析了模糊自适应PID和不完全微分PID控制策略对系统动态性能的影响,设计制作了基于TMS320F28335DSP的数字控制器硬件电路,分别编写了模糊自适应PID和不完全微分PID控制软件,完成了系统的高速旋转试验,对磁悬浮电主轴在两种控制策略下的同频振动和回转精度进行了对比研究。研究结果表明,采用模糊自适应PID控制策略可以提高磁悬浮电主轴的稳定性和回转精度。     

基于ABAQUS电主轴动静态分析技术

文章基于有限元法建立了电主轴的动力学数学模型,推导了电主轴的动静态特性表达式.结合实例,利用ABAQUS有限元分析软件,计算了某数控机床主轴的静态最大位移,求得该主轴的10阶固有振动频率,1-3阶临界转速;模拟了该主轴1-3阶瞬时振动形态,获得了主轴的结构设计和支承配置优化的理论依据.     

主动磁悬浮支承系统的建模与电磁设计研究

介绍了主动磁悬浮支承系统的工作原理,建立了系统的力学方程和电学方程,对一种基于E型结构电磁铁的磁悬浮支承系统进行了电磁铁电磁参数设计的理论分析和实例计算,并利用ANSYS软件完成了该E型电磁铁的二维电磁场有限元校验。在此基础上,根据所设计的四自由度磁悬浮支承实验样机,阐述了磁悬浮支承系统的数控系统结构组成,并完成了悬浮实验测试。实验验证了该样机理论设计的正确性,为磁悬浮支承系统的进一步设计提供参考。     

高速电主轴系统的热瞬态分析北大核心

以CX8075型车铣复合加工中心的电主轴为研究对象,对其进行三维建模,利用工程有限元分析软件ABAQUS进行瞬态的热—结构耦合分析,研究了主要热源附近的温升变化和主轴轴端的热变形的变化趋势。分析结果表明,电主轴温升最大的部位位于主轴电机的定子和前后轴承的滚动体;主轴的轴向和径向热误差主要在前3 000 s变化较大,因此在加工前对机床适当地预热能够一定程度上减少热误差对加工精度的影响,为进一步研究机床的热误差提供了理论依据。     

高速电主轴辐射噪声特性分析

研究了3种电主轴的辐射噪声特性。通过实验测量了电主轴辐射噪声,分析了全陶瓷轴承电主轴、钢轴承电主轴和无内圈式陶瓷轴电主轴辐射噪声的时频特性。实验结果表明:提高旋转速度,全陶瓷轴承电主轴与钢轴承电主轴辐射噪声均呈增大趋势,且辐射噪声中含有旋转频率和2倍转频特征,而无内圈式陶瓷轴电主轴的辐射噪声呈现波动式变化,其声压级高于其他2种电主轴,且频谱较为杂乱;在高转速时全陶瓷轴承电主轴声波具有明显的周期性;3种电主轴辐射噪声中均具有较高的摩擦与冲击噪声。     

基于传递矩阵法的电主轴建模与实验分析

以YK7350B数控成形摆线轮磨齿机为研究对象,研究在高速转动状态下,动态磨削转矩和自身不平衡量引起的电主轴振动问题.通过传递矩阵法,建立了磨削电主轴系统的动态数学模型,并结合电主轴的具体参数,推算出主轴的固有频率.继而利用有限元分析软件得到了6阶模态振型和频率,最后通过进行了实际磨削实验,收集了正常加工条件下的电主轴...     

高速电主轴热误差实验与预测建模

数控加工中心采用高速电主轴,由于电主轴发热导致主轴工作端明显热延伸,严重影响加工精度。以数控精雕机用永磁同步电主轴为研究对象,通过建立热特性实验平台,测试电主轴在不同转速、不同工作条件下的特征温度和热误差数据,建立基于自然指数函数的电主轴轴向热误差预测模型。在不同的工况下对模型的补偿结果进行实验验证,验证结果表明:该预测模型简单、精度较高,且建模成本较低,可以快速应用到实际的加工环境中。     

高速电主轴热态性能的有限元分析及温升控制

针对高速加工中心电主轴电机内置的特点,分析了电主轴的各种热源并计算了发热量,建立了电主轴热态特性的有限元模型,在有限元软件Ansys中对电主轴的热态特性进行分析,得出电主轴稳态温度场分布图,为冷却系统的设计提供了理论基础。采用热电偶对电机定子的温度进行检测,通过PLC的控制可对冷却系统的水流速度进行适时调节,加强对流换热的作用,进而加强电主轴的冷却效果。     

电主轴热特性分析与基于自然指数的热误差建模

提出了一种基于自然指数的数控机床电主轴热误差建模方法。通过对电主轴结构及温度场的分析,得到用于电主轴热特性有限元分析的几何模型和热边界条件,利用ANSYS对电主轴进行热特性有限元仿真分析,得到电主轴的稳态温度场与稳态变形场。电主轴任意转速下的热误差可通过自然指数模型来描述,但需要确定任意转速下的热平衡时间常数和稳态热误差两个参数,为此给出了两个参数的计算方法。在一台加工中心上进行任意转速下的电主轴热误差测量实验,结果表明：自然指数模型具有很好的鲁棒性和很高的准确性。     

面向电主轴热误差预测建模分析的改进IGWO-LSTM算法

针对电主轴复杂运行工况下的热误差建模问题,提出一种基于改进灰狼优化算法(IGWO)的LSTM神经网络参数预测模型IGWO-LSTM。通过对灰狼算法收敛因子a计算方法进行优化来提高算法寻优性能;通过IGWO算法的适应度函数与LSTM隐含层节点数组成的IGWO-LSTM闭环系统对电主轴热误差预测模型进行训练和预测,避免陷入局部最优,同时提升模型预测精度。为了验证该算法性能,将它与改进前的算法进行对比,通过求取平均绝对误差、平均绝对百分比误差以及均方根误差对这两种神经网络进行评价,结果显示：文中算法的3种指标均优于改进前的LSTM模型,具有更好的热误差预测准确性和全局搜索能力。     

汽车齿轮检测专用电主轴设计及性能测试

设计的电主轴是为了检测汽车齿轮的啮合情况,减少传统皮带轴传动对检测的振动和噪声干扰。主要包括电主轴的轴颈计算、轴承选配、轴承跨距计算、电机的选择及润滑冷却方式的选择。通过检测电主轴的温度、振动以及噪声,发现电主轴在达到规定转速后,各部分温度基本保持在36℃以下;振动低于0.5 m/s2;噪声值基本保持在69 d B以下。这些参数都在合理范围内,说明了电主轴设计的合理性。     

气体静压轴承技术及其在电主轴上的应用

简述了气体静压轴承的工作原理、类型、特点、用途以及研究现状，概括了气体静压轴承性能分析方法、工程设计方法以及当前的研究热点。最后介绍了气体静压电主轴及其应用的国内外现状。     

负载情况对电主轴温度场瞬态影响的有限元分析

电主轴以其体积小、结构简单、传动效率高等优点成为高精度、高自动化程度机床的核心部件。以车床电主轴为实例,从电机设计理论及摩擦理论出发建立了电主轴在间歇载荷情况下的热源模型,利用有限元方法对电主轴整体温度场进行了瞬态分析,得出了温度随时间变化的规律,为机床热变形误差补偿提供了理论依据。     

小模数滚齿机用电主轴的设计与研究

小模数数控滚齿机去掉了传动用的齿轮副、蜗轮蜗杆副等传动元件,刀具轴和工件轴直接与电机轴相联。几何误差和热误差是小模数滚齿机的主要误差来源,为此,设计了一种新型的电主轴。该电主轴采用了主轴电机置于主轴后轴承之后的形式,缩小了主轴轴承位置的径向尺寸,使轴承摩擦产生的热量的散发,减少了电机发热对轴承变形产生的影响;主轴轴承采用了静压轴承的形式,提高了主轴轴承的耐磨性和回转精度。该电主轴的设计能够提高小模数滚齿机的生产效率和加工精度。     

影响磁悬浮电主轴单元回转精度因素的分析

介绍了磁悬浮电主轴单元的工作原理,对影响其回转精度的因素进行了分析。以拟用于额定功率为2.2 k W且转速可达24 000 r/min的雕铣机中的主轴为例,分析了控制器反应时间不超过10 ms和主轴端部切削力不超过100 N时的主轴悬浮间隙精度、载荷变动量以及控制系统反馈精度对主轴回转精度的影响。结果表明:当前、后径向磁轴承处主轴圆度误差分别不超过0Δ10.002 mm和-0.006mmΔ20.006 mm、主轴端部载荷变动量不超过1 N,主轴回转精度满足加工要求,对提高磁悬浮电主轴单元的工作性能具有重要意义。     

两种不同材料的电主轴磁-热耦合有限元仿真分析

电主轴热态稳定性影响电主轴整体工作性能,作为电主轴主要热源的内置电机对电主轴热态性能的影响是设计过程中优先考虑的问题之一。电主轴生热小,散热快是保证其优良热态性能的前提。基于电主轴电磁损耗生热机制和电主轴传热散热机制,建立电主轴有限元模型。提出一种电主轴磁-热耦合分析方法,分析电主轴额定转速下内置电机的磁场和温度场,监测电主轴内置电机各部分温度场以及瞬态温度。以170SD30陶瓷电主轴与金属电主轴作为分析对象,分析了采用新型陶瓷主轴材料对改善电主轴内置电机温度场分布的影响。结果表明:陶瓷电主轴电磁损耗小于金属电主轴电磁损耗,在电机损耗热的影响下,陶瓷电主轴温度低于金属电主轴温度。     

滚齿机主轴-立柱动态特性分析

针对滚齿加工切削力大,对主轴-立柱刚度要求高的特点,以一台小模数滚齿机为对象,在考虑结合面刚度特性的基础上建立了其主轴-立柱有限元模型,并对主轴、立柱及主轴-立柱系统进行了模态分析和谐响应分析。分析结果表明:该机床整体刚度良好,能满足齿轮加工的需要,但主轴、导轨和滚珠丝杠为其刚度薄弱环节,低频时主要表现为主轴振动,高频时主要为导轨和丝杠振动并会引起立柱振动频率的降低,且主轴-立柱系统的整体性能在很大程度上受到结合面动力学特性的影响;此外法向切削力也是引起滚刀主轴变形的重要因素。