陶瓷轴承电主轴在高速精密磨床中的应用

高速精密磨削要求主轴达到很高的转速,同时对零件加工精度的要求也越来越高。而陶瓷轴承电主轴自身所具有的优点,满足了高速超高速精密加工主轴转速的要求。本文通过本实验室集成的开放式高速精密磨床,介绍了电主轴的PLC控制,并通过主轴振动实验说明了陶瓷电主轴在高速精密机床上应用的优越性。     

高速精密实验磨床电主轴振动特性的实验研究

介绍了高速精密实验磨床直线电机带动电主轴进行磨削加工时伺服刚度的调节方法；分析了电主轴一砂轮接杆系统高速旋转时引起振动的原因，提出了改进的方法；并通过实验验证改进后的主轴一砂轮接杆系统振动平稳、幅值较小，能满足高速精密磨削的要求。     

高速磨削用陶瓷轴承电主轴单元的动特性分析

电主轴的结构设计、动态特性在很大程度上决定了高速磨削加工的精度和效率.本文针对高速磨削用陶瓷轴承电主轴进行了动态特性的研究和主轴结构的优化,用传递矩阵法对其动力学性能进行了计算分析,并利用有限元分析软件ANSYS对实验用陶瓷轴承电主轴进行了动特性分析,结合PNAC控制下高速精密磨削实验系统进行了陶瓷轴承电主轴的振动性能实验.     

电主轴性能测试方法

随着现代加工向高速化的迅速发展，对机床主轴的要求越来越高，电主轴(又称内装式主轴单元)具有结构紧凑，可做到高速、高精度的特点，可最大限度地满足高速加工的要求，已成为高速加工机床的最重要的功能部件之一，是最有发展前景的主轴部件。目前，电主轴发展很快，其用途已由内圆磨削加工向钻、铣、镗、     

氧化锆陶瓷主轴外圆磨削表面粗糙度分析

目的:应用于高速数控机床中的全陶瓷高速电主轴,要求具备高的高速旋转稳定性和高运转精度,其中主轴外圆表面质量对提高主轴的运转性能是非常重要的技术指标。通过分析主轴外圆表面的磨削加工工艺,来获得最佳的主轴外圆表面质量,进而满足高速电主轴的应用性能。方法:在MGA1432A高精度万能磨床上,采用金刚石砂轮磨削陶瓷主轴表面,重点研究砂轮粒度、砂轮线速度、轴向进给速度、横向进给量磨削参数与外圆表面粗糙度的关系。结果:通过正交试验分析,获得全陶瓷主轴外圆磨削最佳工艺参数,按此工艺参数加工后的陶瓷主轴外圆表面粗糙度达到0.11μm。结论:此结果能够完全满足全陶瓷电主轴外圆表面质量的设计要求,并且增强了主轴耐腐蚀、抗疲劳破损能力,提升了整个电主轴的可靠性、寿命等整体工作性能。     

高速陶瓷电主轴的热态特性分析

利用高速陶瓷电主轴热稳态和热瞬态的热力学模型,研究了热态性能对零件加工精度的影响,结合某高速精密加工中心的主轴单元,用有限元计算和分析了温度场及热平衡时间,将结果与实验进行比较,证明其有效性。结果表明:高速陶瓷电主轴在运转时热量主要来源于内置电机的损耗发热和轴承摩擦生热。前后轴承、定子和转子是热量集中处,最高温度出现在转子与定子间间隙处,为62.23℃,需采用良好的散热措施进行散热;精密磨削加工前应提前启动机床,进行10 min的预热,使机床各部件达到热平衡,减少热变形带来的加工误差,提高加工质量。该建模方法以及热力学模型可为高速电主轴的优化设计和研制提供一定的参考。     

电主轴助力高精高速高效加工——我国高性能机床主轴技术现状分析

高性能机床主轴概述 机床主轴是机床的核心部件,其功能是带动刀具（砂轮）或工件旋转,实现高速精密加工。随着现代工业对机床加工精度和加工效率要求的不断提高,机床对主轴性能的要求也越来越高,传统的高速主轴概念已难以充分描述机床主轴的技术内涵。高性能机床主轴是指在满足加工精度和加工效率的前提下,速度、精度、刚度、功率、转矩匹配特性好,可靠性高,性能价格比高的机床主轴。     

复合结构黏弹性阻尼减振砂轮接杆的研究

为满足高速磨削内孔的需要,研制一种由金属、工程陶瓷和黏弹性阻尼材料组成的新型复合结构减振砂轮接杆。对磨杆的设计原理和黏弹性阻尼结构进行论证,在保证砂轮接杆具有较高静刚度的前提下减小平均密度和增大阻尼比。对该砂轮接杆的刚度、固有频率和谐响应等静、动态性能进行有限元分析和试验验证,并与普通钢质整体式砂轮接杆和金属-陶瓷复合结构砂轮接杆进行性能对比;研究阻尼芯直径与砂轮接杆动态性能的关系。结果表明:黏弹性阻尼砂轮接杆的静刚度高于普通钢质砂轮接杆约10%,略低于金属陶瓷复合结构砂轮接杆约0.6%;其动态性能优于前两者,即具有更高的固有频率和动刚度。固有频率较普通钢质砂轮接杆提高约49%,较金属-陶瓷砂轮接杆提高约12%。动态响应幅值较普通钢质砂轮接杆减小约43%,较金属-陶瓷砂轮接杆减小约20%。此新型砂轮接杆适于高速磨削加工。     

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。     

基于PMAC-PC的HIPSN陶瓷套圈高速内圆磨削

利用高速陶瓷电主轴单元、直线电动机等设计集成了一套基于PMAC-PC的高速精密数控磨床系统，并用来进行陶瓷套圈内圆表面的磨削实验研究。在磨削实验过程中对砂轮电主轴进行了振动测试和分析，分析了影响陶瓷套圈内圆表面磨削质量和磨削效率的主要因素，加工出了高精度HIPSN陶瓷零件。通过实验验证了本磨床系统的稳定性，利用该磨床系统能实现HIPSN陶瓷零件的高速精.     

Influence of wheel speed on surface finish and chip geometry in precision contour grinding

A geometric computer model of a precision grinding operation was developed to calculate the surface features generated during contour grinding with a radiused wheel. This simulation includes the influence of the wheel (rotational speed, diameter, and nose radius), the workpiece (radius at cutting point, rotational speed), and the feedrate of the grinding wheel over the part. The model indicates that small changes in the wheel speed relative to the workpiece can have a dramatic effect on the surface finish over a specific area. Analysis of ground surfaces reveals uniform surface profiles and easily distinguished features that could only be produced by a constant wheel speed. This occurs for an air-bearing, air-turbude grinding spindle that has limited torque and is driven under open-loop control. The effects of the relative speeds are analyzed and an energy-based “phase locking” mechanism is proposed that can provide feedback to the grinding spindle from the material removal operation. By monitoring the spindle speeds during the grinding process and evaluating the resulting surface features, the phase effect has been experimentally verified.     

高频电主轴临界转速计算及其影响参数分析

基于传递矩阵对高频磨削电主轴进行临界转速特性计算,分析预加负荷及砂轮组件的参数变化对临界转速的影响,为电主轴动态性能的设计提供依据。     

高速磨削用电主轴结构动态优选设计

考虑滚动轴承径向刚度随转速非线性变化，运用传递矩阵法对电主轴的临界转速和静刚度特性进行了系统的研究，用Matlab工具开发了一套具有自主知识产权的动态计算分析软件。以某款精密高速(51000r／min)磨削用电主轴为对象，分析了主轴结构参数与砂轮参数对主轴动态特性的影响，并对主轴结构进行了优选设计。结果表明，基于传递矩阵法编制的电主轴动态设计软件运行可靠、操作简便，可应用于电主轴的动态设计与快速开发。经优选设计后，电主轴的一阶临界转速和主轴端静刚度均有较大幅度的提高。     

陶瓷轴承主轴单元动特性的实验研究

对陶瓷轴承主轴单元的动态性能特点进行了实验研究。研究发现,在相同预紧和脂润滑条件下,陶瓷轴承主轴单元的阻尼系数比钢轴承主轴单元小,主轴端部的直接动柔度比钢轴承主轴单元大。研究结果为采用陶瓷轴承主轴单元的高速和超高带数控机床的动态设计提供了实验依据。     

Dynamic Performance of the Ceramic Bearing Spindle Unit

Dynamic performance of a ceramic bearing spindle unit is studied in this paper. It is found that the damping coefficients of the ceramic bearing spindle unit are smaller than those of the steel bearing one,direct mobility in the front nose of the ceramic bearing spindle unit is larger than that of the steel bearing one after the experimental modal analysis for a standard spindle unit. The experimental results provide a scientific basis for the dynamic design of high speed and extra-high speed machine tool with the bearing spindle units.     

基于PLC的阶梯轴精密磨削柔性控制

根据阶梯轴纵磨法的磨削加工过程,设计了以PLC为控制器,以热压氮化硅陶瓷轴承电主轴为砂轮主轴单元的高速磨削系统,采用球顶尖作为工件支承,实现阶梯轴磨削后的圆度误差在线测量。成功的利用了PLC的E点控制和原点返回控制功能,实现阶梯轴磨削过程的柔性控制。实践证明,此种方案加工精度高、生产效率高、灵活性好。     

基于油气润滑的超高转速电主轴轴承润滑性能的试验研究

超高转速条件下主轴轴承内部的润滑特性,是制约电主轴所能够达到的最高转速和影响其动态稳定性的主要因素之一.在油气润滑条件下,利用超高转速电主轴结构,通过改变供油量、转速、轴向预载荷等状态参数,测试反映主轴轴承润滑性能的油膜电阻和轴承部位的温度,对轴承内部的润滑状态性能进行试验研究.结果表明,转速和供油量是影响轴承内部润滑油膜电阻和轴承温升的主要因素,对应于某一转速等特定工况,总存在一个最佳供油量,使轴承能够处于最佳润滑状态;在超高转速条件下,轴承内部会出现严重的"乏油"现象,易导致润滑性能变差、轴承工况条件恶化等.     

高速加工机床主轴支承系统的研究

介绍高速加工机床用电主轴的特性及应用现状,分析加工机床电主轴系统的理想结构、陶瓷球轴承、电磁浮轴承、液体动静压轴承的特性及其在高速主轴单元中的应用,并以高速数控随动曲轴磨床的主轴支承系统设计为例,说明如何选用设计合适的高速加工机床主轴支承系统。     

无心磨床常用主轴轴承分析

对无心磨床的两种砂轮主轴轴承——动压滑动轴承和精密双列短圆柱滚子轴承的性能进行了分析，通过对砂轮主轴的回转精度、轴承刚度、热温升和热平衡时间的对比，得出了滚动轴承宜作为无心磨床的砂轮主轴轴承的结论。