数控机床高速电主轴技术及应用

阐述了高速电主轴的发展历程、高速电主轴的结构组成以及高速电主轴的主要特点。介绍了采用数控机床高速加工技术,可以解决机械产品制造中零件的质量问题的特点。分析了高精度、高转速电主轴对数控机床性能的影响。实践证明,采用高速加工技术可以解决机械产品制造中的诸多难题,能够获得特殊的加工精度和表面质量。高精度高转速电主轴功能部件,对提高数控机床的性能具有极大的影响。     

陶瓷电主轴部件径向切削刚度改进

将陶瓷材料Si3N4应用于高速电主轴,利用APDL语言对其进行参数化设计程序开发。分析并计算了陶瓷电主轴的径向切削载荷及刚度,通过有限单元法分析了主轴部件的静力变形和应力分布。以弹簧-阻尼单元COMBIN14模拟轴承支撑,创建了以支撑跨距为变量的主轴参数化驱动模型。采用零阶算法实现了主轴部件静态性能优化,减小了径向载荷作用下的Von Mises应力,并计算出了更为合理的主轴支撑跨距。优化后陶瓷电主轴径向切削刚度提高了1229%,有效改进了主轴部件的加工精度和稳定性。     

应用有限元方法对高速电主轴的优化设计

介绍了高速电主轴的结构特点，应用有限元分析软件ANSYS以刚度为目标对高速电主轴进行了优化设计，并对优化后的结构进行了热态校核。     

高速电主轴热力学分析的仿真研究

根据实际工程需要并结合热力学第一定律,以某公司ES系列高速电主轴系统为例,分析其热源以及散热特性,并计算其主要热源产热参数以及散热系数等热分析参数。综合分析结果,通过ANSYS有限元分析软件建立有限元模型并进行热力学仿真研究,可得出电主轴系统各部分稳态温度分布云图以及达到热平衡时热源部分温度随时间变化曲线。结合实验分析验证仿真结论,并提出电主轴改进参考意见。     

高速电主轴测试系统的研制

在国内外没有现成的高速电主轴功能和性能测试系统的情况下,遴选出电主轴测试的主要项目,选用非接触磁阻式编码器与驱动控制器构成速度及位置闭环,实现电主轴速度和位置的控制,在此基础上开发完成一套多功能、经济实用且适用于异步电机电主轴的测试系统.     

高速电主轴热-结构耦合及选材分析

高速电主轴热变形问题一直是影响加工精度的重要因素。为降低电主轴的温升和轴向热伸长量,对某电主轴的热源及热边界条件进行分析,利用ANSYS Workbench软件进行热-结构耦合仿真,得到电主轴温度场和热结构耦合场;搭建实验台测试电主轴系统的温度场和轴向热伸长,验证有限元模型建立的正确性。最后选用38CrMoAl、ZrO₂、Si₃N₄、玻璃陶瓷作为主轴材料进行热-结构耦合对比分析。结果表明：陶瓷材料在热态性能方面优于钢材,玻璃陶瓷材料热态性能最好。     

高速磨削电主轴冷却系统的试验研究

高速磨削电主轴的温升对电主轴的加工精度和使用寿命有着重要的影响。以SPM170高速磨削电主轴为研究对象,采用理论分析和试验验证的方法对高速磨削电主轴的冷却系统进行了研究。通过分析可知电主轴电机部分的产热主要是由铁芯损耗产生的,水冷系统可以有效地带走电机部分的热量,使电主轴的温升降低。对SPM170高速磨削电主轴的冷却系统进行了改进,设计了一种新型螺旋水道,在电主轴最高工作转速时,分别测量电主轴前轴承壳体温度,并对比其温升。结果表明:采用改进之后的螺旋水冷装置电主轴的温升比改进前温升降低了10℃左右,温升得到了有效的控制。     

滚珠丝杠副轴向静刚度测试方案研究

随着滚珠丝杠副向高速、高精度方向发展,对其刚度特性提出了越来越高的要求.研究滚珠丝杠副轴向静刚度测试方案,并设计专用夹具,可以方便地在材料试验机上完成滚珠丝杠副轴向静刚度的测试而不需要增加其他辅助设备.     

DVG850高速立式加工中心电主轴的动静态特性分析

针对240XDJ24Y型电主轴的结构特点,在Ansys软件中建立电主轴的三维有限元模型,分析并计算出电主轴的静态变形量与静刚度。结合Ansys软件中的Solid45单元与Combin14单元对电主轴进行动态分析,采用QRDamoned法进行模态提取,得到前6阶的振动特性。分析结果表明:电主轴的静刚度能够满足要求;电主轴的最高工作转速远离临界转速,能有效避免共振现象的发生。     

基于CFX的高速电主轴水冷系统的仿真分析

为了研究高速电主轴水冷系统对主轴热稳定性的影响,采用正交试验方法对高速电主轴冷却系统在不同工况下的冷却效果进行了研究。设计主轴电机发热功率与冷却液流速的正交试验,计算主轴电机发热功率并分为三档,将冷却液流速分别取为0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 m/s,基于CFX的仿真试验得出电主轴在各工况下的试验结果。正交试验的结果表明:各工况下调节冷却液速度只能使主轴降低5~8℃;主轴最佳工作温度为40℃;正交试验法为主轴温度精确控制提供了数值依据。     

高速电主轴热—结构特性研究

文章讨论了对CX8075车铣复合加工中心高速电主轴的建模,并利用有限元软件ABAQUS分析其热—结构特性,得到电主轴系统的温度分布和热变形情况,为进一步研究机床的热误差提供了理论依据。     

数控机床高速电主轴的研究进展

本文从高速电主轴的动力学特性、轴承与润滑、热特性、制造装配技术、电机与测控等几方面。系统地阐述了数控机床高速电主轴的国内外发展现状。     

高速电主轴用球轴承油气润滑温度场仿真与实验研究

基于局部热源计算轴承内部生热,考虑不同转速计算油气润滑下轴承滚道表面对流换热系数,采用Mixture多相流模型结合RNG k-ε湍流模型和Fluent软件动网格技术,建立球轴承两相流场模型,求解得到电主轴球轴承油气润滑温度场,分析轴承内部温度分布,给出最佳供油量的确定方法。对某高速电主轴用球轴承进行了油气润滑两相计算,结果表明:随着转速增大,轴承总摩擦生热率急剧增大,且转速越大,增长幅度越大;给定工况存在最佳供油量,且最佳供油量随转速增大而增大。最后通过电主轴轴承实验证明了该模型对油气润滑模拟的可靠性。     

自冷却高速电主轴风扇叶片的研究与设计

以自扇冷却高速电主轴为研究对象,分别采用解析法和计算流体力学(CFD)方法对电主轴冷却风扇的工作风量进行计算和对比分析,同时研究了叶片数量、叶片型式对风量和风压的影响,并在此基础上对风扇叶片进行了优化设计。结果表明:采用计算流体力学方法获得的风量与解析法计算得到的结果基本一致;叶片数在9扇叶时该风扇具有较好的性能;径向式叶片能提供更大的风压,但其风量不一定更大,风量与风压中的静压有关,静压值越大,风量越大;改进后的风扇与原型相比,性能更加优良,风量提升了23.6%。     

机床主轴系统静刚度分析及实验研究

为研究机床主轴系统静刚度特性,建立一种高性能加工中心主轴-轴承系统模型,该模型包括主轴转子和轴承。采用有限元法建立主轴轴系零件模型,并与轴承拟静力学模型集成得到主轴系统有限元模型,通过计算得到主轴系统3个方向的静刚度。对该机床主轴系统进行静刚度测试实验,以验证理论计算结果的正确性。研究表明:理论计算结果和实验结果具有较好一致性,因此可以有效地证明该有限元模型的准确性;此外,由于主轴系统内部存在阻尼效应及摩擦作用,卸载时静刚度大于加载时静刚度;同时其轴向静刚度存在一定非线性。     

高速主轴的轴承技术

主要介绍用于高速主轴的轴承技术，叙述了三种常用的高速主轴轴承的结构优化、性能特点，以及为使得这些轴承适应高速运转所需解决的问题。     

数控机床电主轴单元热-结构特性动态分析

分析了高速电主轴单元热变形机理与散热机制,对主轴单元热态特性要求进行了描述,利用AN-SYS对高速电主轴进行了热-结构耦合分析。通过改变电主轴有限元模型中的边界条件,对不同转速、润滑方式、冷却结构设计、内装式电机选择条件下电主轴热-结构特性进行了对比分析。根据分析结果,提出了改善电主轴热态特性的措施,为电主轴冷却结构设计提供了参考。     

高速轧辊磨床砂轮主轴电气调速系统的开发

为促进国产高速轧辊磨床的开发,根据高速轧辊磨床砂轮主轴电气调速的特点与要求,基于Siemens SimoDrive611伺服驱动器和6RA70 SIMOREG DC MASTER系列整流器,分别开发了高速轧辊磨床砂轮主轴的交流和直流调速系统。结果表明:两种调速方式各有优势,均能实现砂轮线速度为80 m/s的高速轧辊磨床砂轮主轴的电气调速。     

一种高速数控车床主轴装配工艺方法研究

某机床制造企业开发的新型高速数控车床广泛应用于汽车行业和精密轴承行业的精密零件加工。在产品的试验过程中,发现主轴运转噪声很大,严重影响机床精度,轴承的使用寿命也大大缩短。通过对该产品的主轴结构和装配过程进行分析,找出装配精度超差的原因,并根据发现的问题,提出新的装配工艺方法,最终解决了装配精度超差的问题。