ADGM高速電主軸關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文分析了數(shù)控車床及車削中心的發(fā)展現(xiàn)狀及研究進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)主要參數(shù)：回轉(zhuǎn)直徑Φ400～630mm、主軸轉(zhuǎn)速4000～8000r/min的高速數(shù)控車床及車削中心需求問題亟待解決，而國(guó)內(nèi)電主軸技術(shù)的現(xiàn)狀是制約其發(fā)展的主要原因之一，總結(jié)國(guó)內(nèi)外電主軸技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，指出了研究數(shù)控車床及車削中心用電主軸的必然性，這對(duì)于發(fā)展高檔數(shù)控機(jī)床，進(jìn)一步完善電主軸的研究技術(shù)具有重要意義。
　　首先，根據(jù)電主軸的性能指標(biāo)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，包括各部件材料的選

2、擇、尺寸確定，冷卻、潤(rùn)滑密封系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)等。
　　其次，從電主軸的特點(diǎn)出發(fā)，為減小主軸前端的最大變形量，提高電主軸靜態(tài)剛度，對(duì)主軸系統(tǒng)的前端懸伸量、轉(zhuǎn)子位置和跨距進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)前端懸伸量對(duì)主軸前端最大變形量影響最大，當(dāng)懸伸量為70mm，轉(zhuǎn)子左端面距離軸承右端面距離為56mm，跨距為230mm時(shí)，主軸前端最大變形量達(dá)到最小為5.6μm。并對(duì)優(yōu)化后的主軸系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，建立了有限元分析模型，計(jì)算出主軸-軸承系統(tǒng)的固有頻率、振型

3、及極限轉(zhuǎn)速，得出主軸的最高轉(zhuǎn)速接近其一階極限轉(zhuǎn)速，由于其一階振型為平動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行諧響應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)在激振力為1000N時(shí)，其前端共振位移為5.6e-6mm，具有良好的動(dòng)態(tài)剛度，不影響其加工精度，而最高轉(zhuǎn)速不到其二階極限轉(zhuǎn)速的30％，能夠滿足主軸的性能指標(biāo)。
　　然后，在確定電主軸的整體結(jié)構(gòu)前，對(duì)比環(huán)形、單螺旋和雙螺旋冷卻方式得出適合電主軸的最佳冷卻方式，確定最佳冷卻系統(tǒng)時(shí)，在邊界條件一樣的條件下，對(duì)三種冷卻方式進(jìn)行CFX流體分析，對(duì)比

4、不同冷卻方式下外殼溫度分布，確定雙螺旋冷卻方式為最佳選擇。并對(duì)確定后的電主軸整體進(jìn)行熱態(tài)仿真，當(dāng)入口質(zhì)量流為0.5Kg/s、最高轉(zhuǎn)速8000rpm時(shí)，得出電主軸穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分布，其中最高溫度的部件為前軸承，溫度為57℃。并將溫度作為載荷加載到結(jié)構(gòu)分析中，進(jìn)行熱結(jié)構(gòu)耦合分析，發(fā)現(xiàn)最大變形量發(fā)生在電主軸的后段，最大位移量為79.8μm。
　　最后，基于Labview設(shè)計(jì)了電主軸轉(zhuǎn)速智能控制系統(tǒng)，通過變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)電主軸五段速及每段速運(yùn)行時(shí)

5、間的控制，減少了試驗(yàn)時(shí)間。并通過試驗(yàn)測(cè)量主軸轉(zhuǎn)速與溫度、振動(dòng)、噪音的關(guān)系，得到如下結(jié)論：
　?。?）試驗(yàn)測(cè)量主軸不同轉(zhuǎn)速下3個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度值，并在額定轉(zhuǎn)速下與仿真結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的各測(cè)點(diǎn)溫度與仿真結(jié)果基本一致，相差不到2%，說明該熱態(tài)仿真方法能成功預(yù)測(cè)電主軸溫度場(chǎng)分布。
　　（2）在轉(zhuǎn)速為8000rpm時(shí)，通過改變冷卻液的進(jìn)口質(zhì)量流，測(cè)量出口處冷卻液的溫度，確定冷卻液的最佳流速，發(fā)現(xiàn)雙螺旋冷卻方式最佳進(jìn)口質(zhì)量流為0.55