耦合电压对高速电主轴动态性能的影响

针对高速电主轴动态模型中耦合电压的非线性变化对主轴动态性能所产生的影响,通过对比前馈控制和内模控制(Internal model control,IMC)的电压解耦机理,指出IMC能够避免前馈控制时电压解耦效果依赖主轴模型参数与实际参数相匹配的不足,并利用170MD15Y20油雾润滑型电主轴和Matlab/Simulink软件分别对两种控制方法进行试验和仿真分析.结果表明,主轴的耦合电压主要受频率和转矩电流变化的影响,改变磁链子系统和转矩子系统的给定电压、以及耦合回路中无功功率在输入功率中的比例,不仅可以对主轴的功率因素、输出转矩、抗扰动能力和动态速度跟随精度等特性参数产生影响,而且使主轴的转矩脉动程度、带负载能力和转差率等随耦合电压的大小成反比例变化.因此可以根据包含上述特征信息的机械特性曲线、功率因素曲线和恒转矩曲线的变化趋势,准确判断高速电主轴的解耦效果,并预测主轴在该控制方式下的动态性能.     

高速电主轴谐波转矩产生机理及对主轴振动的影响

高速电主轴的动态特性受轴承和高频谐波电磁力矩的共同影响,为了将两者的特征频率分离以便采取相应的控制方法,从气隙磁场的波形出发,利用傅里叶变换求出各次谐波磁动势,进而导出稳态谐波电磁转矩和脉动谐波电磁转矩的计算公式,得出稳态谐波转矩只影响主轴的转矩输出能力,脉动谐波转矩会导致系统产生周期性振动,且脉动频率为6的整数倍基波频率的结论。据此不仅可轻易分辨出由轴承运动和谐波电磁转矩所产生的振动频率及各自对系统动态性能的影响程度,而且可以根据系统的动态需求,采取有选择性的控制方法。最后以170MD15Y20型高速电主轴为例,对此结论进行了验证。     

高速雕刻电主轴性能分析及优化设计

通过ANSYS建立三维模型,对自产100HSK电主轴进行静态、动态性能分析,得到相应的临界转速和谐响应曲线,为小刀具雕刻时最高转速的确定和刀刃数量的选择提供依据.并进一步针对轴承最佳跨距进行优化设计,合理设计转子尺寸,改善其静态、动态性能.     

高速精密电主轴单元的动态优化设计

以降低高速电主轴前端动柔度值为优化目标,综合利用传递矩阵法和子结构的概念,寻找薄弱模态并计算其能量分布率,提出了具体的结构改进措施,改善了高速电主轴系统的模态分布.     

高速电主轴动态特性研究

作为数控机床的核心功能部件,高速电主轴的动力学特性直接影响着工件的加工精度。建立了高速电主轴的轴承-转子动力学模型,计算了角接触球轴承的动态支承刚度和轴承-转子系统的固有特性,并且研究了不同转速下轴承支承刚度对系统固有频率的影响。以2GDZ60型高速电主轴为研究对象,测试了系统的1阶固有频率和2阶固有频率,与理论计算值相比较误差较小。     

高速电主轴动态设计方法

基于传递矩阵法与滚动轴承分析理论，研究高速电主轴的轴系动态特性分析方法，用Matlab工具研发了一套电主轴动态分析与设计通用软件。以某高速磨削用电主轴为例，完成其动态分析与结构优选设计。结果表明：所提出的电主轴动态设计方法可行，研发的高速电主轴动态设计通用软件可成功地用于产品设计。     

无速度传感器矢量控制下高速电主轴动态性能分析

为了研究高速电主轴的控制精度与主轴机械参数之间的动态关系,根据法拉第电磁感应定律建立高速电主轴的动态数学模型,并利用无速度传感器矢量控制逆变调速原理,将该模型的定子电流分解为励磁电流和转矩电流两个分量,组成两个独立的一阶线性子系统——磁链子系统和转矩子系统,实现励磁磁链和电磁转矩对各自参考值的全局渐进跟踪。试验结果表明,在无速度传感器矢量控制下,高速电主轴的励磁磁链受励磁电流的控制,且不受主轴负载和转速高低的影响,始终保持恒定;转矩电流控制高速电主轴的电磁转矩,与负载呈线性关系。有效控制励磁电流和转矩电流两个独立变量,不仅可以保证高速电主轴在负载状态下转差率小、转矩输出稳定性高的特点,而且当高速电主轴受到瞬间外力冲击时,其快速的转矩响应能力、动态速度跟随精度和抗挠动性等动态特性参数都可以通过控制励磁电流和转矩电流的精度实现。     

高速内圆磨削电主轴动态性能试验及分析

针对内圆磨削电主轴高转速高精度低温升的需求,设计了一款高速内圆磨削电主轴,通过建立考虑轴承圆度误差与谐波次数的电主轴有限元模型计算电主轴动态精度与动态特性,确定最佳轴承预紧力与轴承跨距。采用局部法计算轴承损耗发热,基于移动热源法结合有限元方法建立高速球轴承的热分析模型,分析了轴承在预紧条件下的轴承温升,验证了轴承预紧力的正确性。最后通过轴承振动试验验证了电主轴动态热态性能模型的可靠性。     

高速电主轴直接转矩控制调速系统

作为一种高性能异步电动机传动,精确的转矩转速和位置控制对于高速电主轴来说是必需的。当前存在两种高性能交流调速控制系统,即矢量控制系统和直接转矩控制系统,而直接转矩控制系统更加得到了高度关注。本文在介绍高速电主轴传动结构特点和数学模型及存在的问题的基础上,给出了直接转矩控制原理,并分析了将直接转矩控制应用到高速电主轴调速系统上的优越性。     

高速陶瓷电主轴设计及性能分析

为了提高高速主轴系统的性能采用热压Si3N4工程陶瓷作为主轴材料设计了高速电主轴,对其静动态性能进行了有限元分析。结果表明,陶瓷电主轴比传统的钢质电主轴具有更加优良的动静态性能,静刚度、固有频率、临界转速都有不同程度的提高,更加适合于高速应用场合。     

高速电主轴的油气润滑

在高转速轴承寿命试验机电主轴中选用了油气润滑方式,实施稳定的微量油润滑.通过实验确认,DMN达150mm.r/min,解决了油雾润滑污染环境的问题,使环境质量良好。     

超高速空气电主轴动态特性的有限元分析

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,其动态特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。然而,当前超高速电主轴的转速能达到几十万转每分钟,使其对振动变形的问题尤为敏感和重要。因此,研究电主轴系统的动态特性,对于改善电主轴的高质量性、稳定性和可靠性都有着十分必要的意义。围绕模态分析和谐响应分析来完成对主轴系统实际运作过程中的仿真分析,从而可以具体的得到主轴系统在不同载荷激励下的动态响应大小,确定整个电主轴结构的完善性,验证电主轴系统的稳定性。     

Influence of thermal effect on dynamic behavior of high-speed dry hobbing motorized spindle system

Journal of Mechanical Science and Technology - This paper is devoted to investigating the influence of thermal effect on the dynamic behavior of a motorized spindle system in high-speed dry hobbing...     

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。     

Centrifugal force induced dynamics of a motorized high-speed spindle

Trend of the high-speed and high efficiency machining has pushed the continuous demand of higher spindle speed and power for the machining center application. Because the extremely high speed produces significant centrifugal force, it creates a need to predict the spindle dynamical characteristics at dynamic states. This work presents analysis results of the spindle dynamic of a motorized high speed spindle with angular ball contact bearings. For a machining center, two major subsystems determining the overall spindle stiffness are the shaft/bearing subsystem and the draw bar mechanism subsystem. Shaft/bearing stiffness as well as the natural frequency decreased at high speeds due to the bearing softening and gyroscopic effect. The bearing softening is the major reason of the reduced spindle stiffness, while the gyroscopic effect plays the secondary effect. Angular contact ball bearing softening at high speed is due to the reduced contact load and increased contact angle at the ball/inner-raceway contact interface caused by the centrifugal force. For the draw bar mechanism, analysis results show that the dynamic draw force at high speeds is significantly increased from that designed at the static state. Because the toolholder/spindle interface stiffness is proportional to the draw force, centrifugal force theoretically contributes a plus to the spindle stiffness at dynamic state. The dynamic draw force, however, is dependent on the friction loss inside the draw bar mechanism. Because of the low friction coefficient, the ball-type mechanism is superior to the wedge type mechanism.     

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.     

基于ANSYS的CKH1450电主轴动态分析

分析了CKH1450电主轴的结构特点及其对动静态特性的影响,并提出了改善动态特性的方法,为解决电主轴的动态稳定性奠定了基础。