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。     

电机后置式的电主轴动态特性有限元分析

以一种新型电主轴结构为研究对象,用有限元方法对该型号电主轴进行了模态分析和谐响应分析,并研究了轴承刚度的变化对电主轴动态性能的影响。结果表明:电主轴的第一阶临界转速远远高于其最高工作转速,能有效避开共振区;静压轴承刚度对电主轴的动态性能具有重要影响。合理地改进轴承刚度,有利于提高电主轴的刚度,减小振动幅度,提高磨床的加工精度。     

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.     

高速电主轴振动的分析研究

高速电主轴是现代数控机床的核心功能部件,其振动是影响机床系统振动的主要诱因之一,同时也是衡量电主轴动态性能好坏最直接的指标。通过分析影响电主轴振动的主要因素,归纳提出减小电主轴振动的有效方法。     

高速电主轴振动控制技术研究

高速电主轴作为高速机床的关键功能部件,其振动性能直接影响机床的无故障工作时间(MTBF),决定机床的加工精度及使用寿命,现已成为机床行业重点研究内容。通过对高速电主轴结构的阐述,介绍了影响电主轴振动的主要因素以及国内外的研究现状,并对电主轴振动控制技术研究方向进行了展望。     

基于球轴承刚度计算的电主轴结构分析与优化

电主轴的结构,动态特性对数控机床的加工效率和精度的影响很大。对角接触球轴承电主轴单元进行了静刚度分析,在有限元软件ANSYS中建立了电主轴球轴承-转子系统的参数化有限元模型,并以提高电主轴的静刚度为优化目标,对电主轴的支承跨距和电机的安装位置进行了优化分析及计算,并对优化前后的电主轴系统进行了模态分析,对比其前三阶频率及振型的变化,得出了相关结论。     

电主轴动态振动分析

电主轴振动是电主轴的动态性能的关键指标之一，它将直接影响工件的加工精度和表面质量，并影响着电主轴的使用寿命。分析电主轴产生振动的机理具有重要的现实意义。     

空气静压电主轴特性分析与实验

空气静压电主轴是数控机床的关键功能部件之一,主要围绕其动态特性进行分析研究。首先,针对空气静压电主轴结构及轴承结构进行分析。然后,基于空气静压电主轴的动力学建模,对其进行模态分析和谐响应分析。最后,针对空气静压电主轴进行动态测试实验,并对比仿真分析结果和实验测试结果。研究表明载荷的大小决定了空气静压轴承的偏心率,同时对电主轴前端的刚度起决定性作用。谐响应分析表明在主轴固有频率左右,空气静压电主轴前端的振动位移较大。     

基于传递矩阵法的电主轴动力学特性分析

研究了电主轴主要的结构参数对电主轴动力学特性的影响。运用传递矩阵法,考虑了陀螺力矩、剪切、变截面等影响因素,建立了电主轴"转子—轴承"系统的多圆盘转子动力学模型,编程并计算了电主轴的前三阶临界转速、振型等动力学特性参数,分析了电主轴轴承轴向预紧力、支承跨距及前、后端悬伸量的变化对电主轴"转子—轴承"系统临界转速的影响和变化规律。结果表明:支承跨距和悬伸量在一定范围内对临界转速有显著的影响,通过研究为电主轴的结构设计和性能优化提供依据和指导。     

陶瓷电主轴空载电磁振动试验的研究

近年来,对高速高刚度数控机床用电主轴的需求日益紧迫。采用陶瓷材料设计电主轴主要旋转部件可以提高电主轴极限转速及刚度。但由于陶瓷材料导热、导磁及导电及机械性能与金属材料差别较大,因此陶瓷电主轴电磁振动与金属电主轴有所不同。研究陶瓷电主轴电磁振动有利于实现电主轴的低噪声低振动优化设计。本文通过实验研究了陶瓷电主轴的电磁振动特性。     

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。     

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。     

电主轴温度场与热变形的仿真与实验研究

以Setco 231A240型高速电主轴为研究对象,考虑了内置电机的损耗生热和轴承的摩擦生热,计算了电主轴各部分之间的传热系数,利用有限元软件Workbench建立电主轴有限元模型,分析得到了电主轴在不同因素影响下的温度场分布,基于电主轴热-结构耦合关系分析得到了温度影响下电主轴的热变形。仿真结果显示,较低转速下电主轴转子温度最高,转速对电主轴温度影响较大;电主轴头尾部热变形较大,主要为轴向变形。最后,将温度场仿真数据与实验数据对比,验证了仿真分析的准确性。     

精密离心机动平衡测试方法的研究

提出了一种新的动平衡测试方法。在精密离心机主轴轴线的某一纵截面内放置两个电容测微仪,测试主轴上下两个横截面在轴向方向的振动矢量。分析电容测微仪的输出信号,对静偶不平衡在双校正面上进行了分离。     

挤压液膜阻尼器在精密孔磨削中的应用

采用液膜阻尼技术研究精密孔的加工,按照达朗贝尔原理建立了液膜阻尼砂轮主轴运动微分方程,对挤压液膜阻尼器作用下的砂轮主轴中心运动轨迹进行了仿真,基于仿真结果设计了带挤压液膜阻尼器的内圆磨床砂轮主轴并进行了磨削试验。试验结果表明,设计合理的挤压液膜阻尼器对砂轮主轴具有优良的减振作用,可使砂轮主轴的振动减小30%～45%、精密孔的加工质量提高10%～20%、机床的工作效率提高15%～25%,在机械加工领域具有十分重要的研究价值和广阔的应用前景。     

一种新型油膜阻尼内圆磨床砂轮主轴

介绍了一种带挤压油膜阻尼器的新型内圆磨床砂轮主轴,该种砂轮主轴具有优良的抗振性能,可使精密孔的加工质量提高15%以上,在机械加工领域具有十分重要的研究价值和广阔的应用前景。     

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。     

小孔节流静压气体轴颈轴承主轴系统的动态特性分析

通过对小孔节流静压气体轴颈轴承的雷诺方程与描述主轴系统的动力学数学模型联立直接进行数值求解,分析了轴承系统的动力学特性,研究了在不平衡质量作用下轴承主轴系统的响应。结果表明,由于精密离心机小孔节流静压气体轴承的支承刚度大,承载能力高,旋转主轴的运动是稳定的。但在一定条件下,旋转主轴有可能出现不稳定现象,这取决于主轴绕固联坐标系各轴之转动惯量间的关系、轴承支承刚度、主轴旋转速度和不平衡质量控制等因素。该方法用于精密离心机静压气体轴承主轴系统动力学的数值计算,提高了计算精度和可靠性。     

基于内置力执行器的铣削颤振的主动控制

高速加工中铣削颤振不仅降低工件的表面加工质量,严重时还会造成刀具或者其他加工部件的损坏,因此对电主轴铣削颤振进行控制具有重要的意义。为对电主轴铣削过程中的颤振进行有效控制,在双绕组无轴承感应电动机的基础上,提出一种具有内置力执行器的感应型高速电主轴结构,建立电主轴—刀具系统的有限元模型、动态铣削模型、双绕组感应型电主轴电磁力模型,在对具有内置力执行器的感应型高速电主轴电磁力进行解耦后,提出基于内置力执行器的电主轴铣削颤振的主动控制方案,通过仿真分析控制器的主要参数对电主轴铣削稳定性的影响。结果表明采用具有内置力执行器的感应型高速电主轴能够有效地提高电主轴铣削的稳定区域以及在抑制铣削颤振方面具有明显效果。     

陶瓷轴承电主轴主轴的振动模态分析

针对实验室高速精密磨床用陶瓷轴承电主轴,在有限元分析软件中建立了三维有限元模型,对主轴部件进行了模态分析,得出了主轴前五阶固有频率和振型,对刚性支承和弹性支承情况下主轴模态进行了对比分析,为下一步进行详细的陶瓷轴承电主轴动力学分析打下基础。