永磁同步高速电主轴的研制及性能测试分析

摘要

高速加工是先进制造业发展的趋势，它具有高切削速度、高进给速度和高加工精度的优点。高速电主轴是实现高速加工的关键技术，高速电主轴性能的优劣直接影响高速加工质量的好坏。国内高速电主轴的研制、发展和应用受各种条件限制，与国外先进产品尚有较大的差距。本文主要开展永磁同步电主轴的研制，针对其性能指标展开深入的实验研究，主要研究内容如下：
　　完成了永磁同步电主轴的总体设计和整体装配。根据设计指标要求，确定了主轴的主要构成，如主轴电机、拉刀机构、支撑轴承及其润滑装置、冷却装置及测速反馈装置等，从而实现总体方案设计。在关键件的精密加工和精密装配的基础上，建立了主轴单元的整机调试环境。
　　结合有限元软件ANSYS，对主轴的静动态特性进行分析和测试。建立了电主轴单元的有限元模型，对电主轴单元的静态径向刚度特性进行分析，获取了轴承预紧力对主轴刚度的影响规律，通过实验测出主轴刚度。对主轴单元进行模态分析及谐响应分析，获取了轴承预紧力对主轴固有频率和振型的影响规律，计算出主轴的临界转速，使用锤击法对主轴进行了自由模态实验。
　　对电主轴的驱动控制深入分析，研究电主轴单元的速度特性，得出不同控制参数对电主轴速度性能指标的影响规律，对驱动器控制参数进行了优化。
　　为保证主轴转子的动平衡等级，开展主轴转子现场动平衡实验研究，分析其振动特性。最后对电主轴回转精度及温升进行了实验检测。

目录

永磁同步高速电主轴的研制及性能测试分析

DEVELOPMENT AND PERFORMANCE TESTING OF PERMANENT MAGNET SYSCHRONOUR HIGH SPEED MOTORIZED SPINDLE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外高速电主轴的研究发展综述

1.2.1 国外高速电主轴关键技术研究概述

1.2.2 国内高速电主轴关键技术研究概述

1.2.3 国内外高速电主轴研发现状分析

1.3 课题主要研究内容

第2章 永磁同步高速电主轴的研制

2.1 高速电主轴的设计指标及研制技术路线

2.2 电主轴主要结构设计及关键技术分析

2.2.1 主轴电机的确定及整体布局设计

2.2.2 刀具夹紧装置

2.3 主轴轴承

2.3 主轴轴承

2.3.2 冷却装置的选择

2.3.3 高速编码器的确定

2.3.4 转子设计及加工工艺分析

2.3.5 保证动平衡精度的方法

2.4 联机调试环境的构建

2.5 本章小结

第3章 高速电主轴静动态特性分析与测试

3.1 电主轴静态特性分析

3.1.1 静态分析模型的建立及加载求解

3.1.2 轴承支撑刚度的计算

3.2 电主轴刚度测试分析

3.3 电主轴动态特性分析

3.3.1 电主轴模态分析

3.3.2 临界转速分析

3.3.3 谐响应分析

3.4 电主轴模态分析实验研究

3.4.1 模态分析实验系统介绍

3.4.2 模态分析实验结果

3.5 本章小结

第4章 电主轴速度性能指标测试实验研究

4.1 永磁同步电机控制特点

4.2 电主轴速度控制原理分析

4.3 不同控制参数对电主轴速度特性的影响

4.4 测速装置对主轴速度控制的影响

4.5 本章小结

第5章 电主轴现场动平衡及主要指标测试分析

5.1 高速电主轴现场动平衡实验

5.1.1 现场动平衡原理

5.1.2 现场动平衡实验装置

5.1.3 现场动平衡实验

5.2 主轴回转精度检测

5.2.1 锥孔径向跳动

5.2.2 主轴轴向窜动

5.3 主轴温升实验

5.3.1 实验装置

5.3.2 主轴温升实验

5.4 本章小结

结论

参考文献

附 录

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致谢