MECHANICAL-ELECTRIC COUPLING DYNAMICAL CHARACTERISTICS OF AN ULTRA-HIGH SPEED GRINDING MOTORIZED SPINDLE SYSTEM

On the basis of the traditional mechanical model of a grinding wheel rotor and the mechanical-electric coupling model with ideal sinusoidal supply, taking high-frequency converting current of inverter power switches into further consideration, a modified mechanical-electric coupling model is created. The created model consists of an inverter, a motorized spindle, a grinding wheel and grinding loads. Some typical non-stationary processes of the grinding system with two different supplies, including the starting, the speed rising and the break in grinding loads, are compared by making use of the created model. One supply is an ideal sinusoidal voltage source, the other is an inverter. The theoretical analysis of the high-order harmonic is also compared with the experimental result. The material strategy of suppressing high-order harmonic mechanical-electric coupling vibration by optimizing inverter operating parameters is proposed.

高速电主轴瞬态热特性实验研究

热变形是影响高速机床加工精度的重要因素。为了研究高速电主轴热特性,搭建了包含多组温度传感器、多通道无知记录仪、激光位移传感器、涡电流传感器、高频数据采集卡、工控机的高速机床温度场和热变形实时检测平台。测试结果表明,电主轴定子的温度随转速增加而升高,转速超过3000转/分后温升更显著。电主轴系统产生的大部分热量被冷却水吸收,底座、水套、轴承外圈温升不大。主轴因热变形引起的位置偏差随转速增大而增大,主轴端面跳动却随转速增大而减小。该研究为高速机床热误差控制和补偿建模提供依据。

高速精密电主轴静压滑动轴承设计及性能分析

现阶段,为充分满足高速精密电主轴静压滑动轴承的性能要求,在了解电主轴静压滑动轴承设计需求的基础上,详细分析其设计方案。通过ANSYS建模分析方法研究电主轴静压滑动轴承的性能网格划分及参数调整方案,并对改进后的电主轴谐波响应情况展开评价。由电主轴静压滑动轴承的现场测试结果可知,文章所介绍的轴承设计在技术上具有可行性,并且可以保证轴承的水平与垂直方向的刚度变化,值得推广应用。

超高速时电主轴轴承的动态支承刚度分析

基于滚动轴承受力分析的拟静力学和拟动力学模型,利用数值计算方法对超高速时电主轴轴承的内部动力学状态进行计算机模拟仿真,在求解每一个球滚动体动力学基本参量的基础上,计算电主轴轴承对转子支承的动态刚度,并结合具体算例,分析转速、轴承预载荷、径向外载荷等工况条件,以及套圈滚道曲率半径、球滚动体的直径和数量等轴承的内部结构尺寸、球材料的物理性能等方面的因素对轴承动态支承刚度的影响。分析结果表明,外部工况条件以及轴承内部的结构尺寸、球材料的物理性能等方面的因素对超高速时电主轴轴承的动态支承刚度影响较大,超高速时电主轴轴承的动刚度较静态和低速情况有着显著的变化。

基于ANSYS陶瓷球轴承电主轴动力学仿真与实验研究

建立电主轴模型,并对模型进行单元划分,运用ANSYS软件对电主轴中的主轴进行了动力学仿真,建立了三维模型,计算了主轴前四阶的固有频率、临界转速及进行谐响应分析,随后进行主轴动态试验。结果表明ANSYS仿真结果和动态试验结果相差不大,证明了该有限元仿真模型的正确性,可为高速电主轴的设计提供有益参考。

高频变流诱发的电主轴高次谐波振动及其抑制方法

高速电主轴已在超高速磨削中获得成功应用,但由高频变流诱发的高次谐波机电耦合振动严重影响磨削系统的稳定性和磨削质量,而其动力学机理尚不明确。利用传统的砂轮转子机械模型尚不能定量解释高频变流诱发高次谐波机电耦合振动的原因。在传统砂轮转子机械模型的基础上建立了"逆变器-电主轴-砂轮-磨削载荷"系统的机电耦合数学模型。利用该模型研究了启动、升速及突变磨削载荷等条件下磨削系统的几类典型非平稳过渡过程,并在超高速平面磨床上进行了试验研究。揭示了功率开关高频变流诱发超高速磨削系统机电耦合振动的物理机理,提出了通过优化逆变器工作参数抑制机电耦合振动的具体策略。

陶瓷轴承电主轴单元的设计与研究

介绍了高速机床用电主轴优良特性及其应用现状·结合磨用电主轴单元的研制实践,探讨了高速电主轴单元设计制造中的结构布局型式设计,研究了电主轴轴承的选用,陶瓷轴承的力学性能分析和轴承轴向预负荷的确定,分析了电主轴单元的冷却与润滑系统的设置·高速电主轴的性能试验表明,该型电主轴设计合理,动、静态性能指标符合要求,为其在高速机床上的实际应用提供一定的技术依据·

超高速电主轴轴承的润滑条件分析

通过分析超高速电主轴轴承内部润滑的基本特点,对主轴轴承在超高速运行条件下的内部润滑状态进行了分析,讨论了供油量、润滑方式、润滑油和轴承内部零件的运动等因素对轴承内部弹流油膜、温升等润滑状态的影响,在此基础上提出了超高速电主轴轴承润滑的要求和基本条件,并进行了实际应用试验。

一种电磁式自动平衡头设计计算与响应试验

为了提高转子动平衡的精度和效率,针对高速电主轴-砂轮系统,提出了其在线自动动平衡方案。设计并开发了一款自锁型电磁环式在线自动平衡头。计算了该平衡头的配重量、电磁自锁力矩以及可以承受的最大轴角加速度。搭建了平衡头校正能力考核试验台,完成了模拟组合转子在1 878r/min的平衡机上预平衡和平衡头在1 300r/min的振动响应测试。结果表明:平衡头最大配重量为33.77g·cm,自锁合力矩为2.354 6N·m,可承受的最大轴角加速度为5 010rad/s2,在配重范围内振动响应规律基本正确且对轴的正反转具有较好的重复性。

高速电主轴球轴承——转子系统动力学性能分析

结合高速电主轴的结构特征,论述了球轴承支承的高速电主轴转子系统动力学性能的基本规律和一般特点,在分析角接触球轴承高速时动刚度的基础上,应用有限元法,建立了高速电主轴球轴承———转子系统动力学的分析模型和数值计算方法,并结合具体算例,分析了有关球轴承内部结构、外部工况条件以及转子系统结构等方面的参数对电主轴转子系统动力学性能的影响,并得出相关结论。

超高转速电主轴轴承内部摩擦力矩分析

考虑油膜内部的剪切效应和滚动体打滑现象,对超高转速电主轴轴承内部的摩擦力矩进行研究,基于热弹性流体动力润滑理论,建立超高转速电主轴轴承内部摩擦力矩分析计算的理论模型,并对超高转速条件下主轴轴承内部摩擦力矩的性能进行系统分析。结果表明,转速和轴向预载荷是影响轴承内部摩擦力矩的主要因素,环境温度和润滑油的特性对摩擦力矩也有一定影响;在超高转速条件下,采用较小的内圈沟道曲率半径系数、设计15°的接触角和施加较小的轴向预载荷,并选用黏度较小的润滑油等,有利于减小电主轴轴承内部的摩擦力矩和发热现象,以延长使用寿命。

数控加工中心高速电主轴运行状态测试

采用阶次分析和试验模态测试相结合的方法对电主轴运行状态进行振动测试与分析,研究导致高速电主轴高速运行中振动加剧的原因,确定高速电主轴及机床结构在设计、制造与部件缺陷等方面存在的导致振动异常的多种原因。研究结果表明,阶次分析和试验模态测试相结合是一种有效的用于数控加工中心状态监测与诊断的测试分析方法。

高速加工机理与关键技术的研究进展

综述了高速切削加工机理 ,介绍了高速加工关键技术 :高速电主轴、直线进给直接驱动、高性能数控、高动态性能机床结构和高速切削刀具系统。为了保证高速加工的高精度与高速度 ,高速加工机床的主传动和进给传动取消了传统的机械传动机构 ,改用电力直接驱动 ;采用高性能 CNC直接作样条插补 ,为机床进给轴加减速产生无冲击的位置理论值 ,提高轮廓加工精度 ;只有高动态性能的 CNC与高动态性能的进给驱动系统的配合 ,才有可能获得高的表面质量。

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。

数控机床高速电主轴的热态特性分析

根据高速电主轴的结构、主要传热机理和热源的生热率计算,将计算得到的结果带入AN-SYS有限元分析软件,并建立电主轴有限元分析模型,进一步获得电主轴温度场信息。分析了轴承预紧力、电机转速、冷却空气流量对电主轴热态特性的影响,结果表明:预紧力的大小对主轴轴承的温升影响较小;电机转速与冷却空气流量的大小对主轴轴承的温升作用比较明显。根据研究结果提出了改善电主轴热态特性的具体措施。

PCB钻床超高速电主轴特点及关键技术分析

基于印刷电路板钻削的特殊性,分析PCB钻床超高速电主轴在钻削超微细孔时遇到的问题;介绍PCB钻床超高速电主轴的技术现状和特点﹑结构和原理;总结PCB钻床超高速电主轴的关键技术点;阐述PCB钻床超高速电主轴的附件和保养等,为印刷电路板行业超高速电主轴的使用提供指导。

高速电主轴冷却润滑系统的研究

高速电主轴不仅是数控机床驱动系统的核心部件,还是数控机床的主要热源,在目前条件下,冷却润滑系统是控制高速电主轴发热的主要措施。介绍了油水循环系统对电机的冷却,通过数值分析,表明该系统可以解决电机的发热问题,阐述了油气润滑系统对轴承的润滑状况,分析了其优越性和亟待解决的问题,为高速电主轴冷却润滑系统的进一步发展提供参考。

高速电主轴单元动态性能试验平台的研发

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。

高速切削技术的研究与应用

对高速切削技术的原理、定义、工艺特点、关键技术及应用进行了阐述 ,还对目前高速切削应用中存在的问题进行了较为深入的讨论分析。

超高速电主轴永磁无刷直流电机温度场分析

以一台0.6 kW、200 000 r/min的微细切削超高速电主轴内装式永磁无刷直流电机为例,引入等效导热系数,有效地解决了电机定转子之间气隙热交换问题。建立超高速电主轴内装式电机电磁场与温度场二维有限元模型,通过电磁场与温度场的单向耦合,计算了高速电主轴电机额定负载定转子瞬态温度场,分析了转子永磁体和合金钢护套的温度分布,研究了不同材料护套和换热方式对电机温度场分布的影响,对超高速电主轴永磁电机的优化设计具有一定的指导意义。