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。     

基于热效应的电主轴热力弱耦合分析

热稳定性将严重影响高速运转电主轴的动态特性,因此对电主轴进行热力(或结构)耦合分析具有重要意义。首先,采用理论计算与数值仿真相结合的方法分析了电主轴的产热及传热机制;其次,对电主轴模型进行热—力弱耦合分析,得到了电主轴的热位移分布云图;最后,根据热位移修正仿真模型中的初始条件,得到了热效应下轴承的修正刚度。本研究可用于电主轴高速加工高精度要求的动态设计中。     

基于加载状态下动态特性预测的高速电主轴结构参数优化方法

电主轴高速运转状态下承受切削载荷时的动态特性对电主轴加工效率和加工质量具有重要且直接的影响,但迄今针对该工况下主轴动态特性的设计方法欠系统深入研究。文中提出了基于加载状态下动态特性预测的电主轴结构参数优化的思想。基于模态理论和有限元法,建立了高速电主轴系统高速状态下受不平衡力和外加载荷的动力学模型;利用该模型定量研究了主轴跨距、电机转子外径等结构参数对电主轴静刚度、临界转速和动态挠曲线的影响规律;提出了具体的参数优化途径,研究证实了所提出优化方法的有效性。     

高速电主轴有限元建模及静动态特性分析

针对高速车铣加工中心,对其电主轴进行三维建模,通过有限元软件ANSYS Workbench对其刚度、固有频率和临界转速等进行静、动态特性分析,论证了其结构合理性的同时,也对电主轴施加2种不同的约束进行模态分析,证明了2种约束均适用于高速电主轴的模态分析。研究结果为高速电主轴系统以后进一步设计使用和分析优化,提供了2种不同的约束方法。     

高速电主轴的模态分析

通过对电主轴进行较精确的三维动态有限元建模,经ANSYS分析计算,获得了电主轴的模态特性.研究了电主轴的固有频率、振型和临界转速,分析了轴承预紧力对电主轴二阶固有频率的影响,为高速电主轴结构的合理设计和轴承最佳顸紧力的确定提供了必要的理论基础.     

基于高压水射流的高速电主轴柔性加载系统研究

高速电主轴的动态加载是测试其动态性能、寿命和可靠性等的关键环节.然而,高速电主轴的结构特征和极高的转速,使得其难以实现动态加载.基于高压水射流技术的高速电主轴柔性加载系统首次被设计、制造并测试,描述了该加载系统的原理、结构和组成.利用连续动量方程推导了射流冲击力模型.通过射流冲击力标定试验和射流流体有限元仿真,得到了加载力与靶距、射流压强、流量、喷嘴直径、标靶直径、转速之间的关系,实现了高速电主轴径向力和轴向力的定量加载.此外,利用该加载系统测试了径/轴向力对高速电主轴动态性能的影响,试验结果表明:①高压水射流技术可以为高速电主轴提供稳定的、长时的动态加载;②高速电主轴的温升、功率损耗和振动会随着径/轴向负载力显著增大,空载测试不能揭示高速电主轴的真实动态性能.为解决高速电主轴动态加载的难题提供了一种全新的试验方法.     

高速大功率镗铣类加工中心电主轴开发

从实现电主轴的高速、高加工精度入手,着重从主轴静、动态特性方面利用有限元技术进行仿真分析和样机试验,设计出一种高速电主轴。建立了主轴部件有限元分析模型,包括主轴部件结构简化、单元类型选择及结构剖分、约束条件建立、载荷条件确定、主轴部件上零件附加质量处理。样机实测数据表明,主轴系统静刚度符合设计要求,静态回转精度实测值与设计值相符,实际加工精度符合国标对该类机床主轴系统的要求。     

高速加工对机床传动与结构的影响

分析了高速加工对机床的新要求,阐明“零传动”是高速机床理想的传动方式。着重研究了高速电主轴和直线电机高速进给单元的结构特点和设计原理,提出了改善高速数控机床热态与动态特性的方法与措施。最后对加快我国高速数控机床生产与技术的发展提出了若干建议。     

陶瓷-钢复合结构高速电主轴的研究

工程陶瓷具有弹性模量高、密度低、减振性能好等特点。为了提高高速电主轴的性能,采用热压Si3N4工程陶瓷与钢作为主轴材料设计了复合结构高速电主轴,并对其静动态性能进行了有限元分析,具体包括主轴组件的径向刚度分析、模态分析及谐响应分析。结果表明,陶瓷-钢复合结构电主轴比传统的钢质电主轴具有更加优良的静动态性能,静刚度、固有频率、临界转速都得到不同程度提高,更适合于轻载高速应用场合。