高速机床磨削电主轴的结构设计及性能分析

摘要

随着现代制造技术的不断发展，高速加工技术的应用也越来越广泛。高速加工是在大幅度提高切削速度的基础上，以提高生产率、加工精度和加工质量为目的的先进制造技术。高速机床技术是实现高速切削的基础，而高速机床的核心部件是电主轴，因此为了提高高速机床的性能，就要深入研究电主轴的性能，掌握电主轴的动静态特性。本文以M7130矩台平面磨床为实验平台，将磨削电主轴应用于该磨床。在现有条件下，对该小型磨削电主轴的内部主要结构进行分析设计和计算，通过运用ANSYS软件对其初始设计值进行建模仿真，在此基础上，对其动静态特性进行了研究分析，并综合考虑了影响其动静态特性的各种因素，对今后的电主轴结构的设计和结构优化提供了一定的参考价值。
　　本研究主要内容包括：⑴依据M7130矩台平面磨床的结构，对电主轴内部的主要结构进行分析设计，通过对电机选型、内径设计、轴承选型、过盈计算等，完成对磨削电主轴基本结构的设计。⑵利用ANSYS软件对主轴转子—轴承系统进行二维有限元建模，对电主轴进行静态特性分析，得出了主轴的静刚度;分析了不同预紧力对其静刚度的影响。⑶建立了主轴转子—轴承系统的三维有限元模型，对电主轴进行了模态和谐响应分析，得出了主轴的各阶振型和固频、临界转速等;分析了不同的预紧力对主轴动态特性的影响;并分析了主轴各部分对各阶频率的动态响应。⑷以主轴的静刚度和前四阶固有频率为目标参数，通过改变不同的轴承位置和内径的大小，得出了前后轴肩的距离以及孔径同目标参数之间的关系曲线，定量定性地分析了前后轴承的位置以及孔径对电主轴的动静态特性的影响。⑸通过以上几个方面的分析研究，得到了电主轴内部主要结构的设计方法以及电主轴的动静态特性参数。掌握轴内径的大小、前后轴承的位置分布和预紧力的不同对其动静态特性的影响，对电主轴应用于本实验平台的作用，具有实际指导意义;对以后电主轴内部结构的设计优化及性能的提高，也有重要的参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 高速加工概述

1．3 电主轴概述

1．4 国内外研究现状

1．5 课题研究背景和主要内容

1．5．1 课题来源

1．5．2 课题研究主要内容

第二章 电主轴的结构设计分析

2．1 电主轴实验平台

2．2 主轴电机

2．2．1 主轴电机的基本要求

2．2．2 主轴电机的参数

2．3 电主轴的基本结构及工作原理

2．3．1 电主轴的基本结构

2．3．2 电主轴的基本原理

2．4 主轴单元的主要结构参数确定

2．4．1 转轴外圆直径D的确定

2．4．2 主轴内径d的确定

2．4．3 主轴悬伸量的设计

2．4．4 主轴跨距L的确定

2．5 主轴轴承

2．5．1 主轴轴承简介

2．5．2 主轴轴承静刚度的计算

2．6 电主轴的动平衡设计

2．7 电主轴的过盈设计

2．8 主轴轴承的润滑系统

2．9 电机定子油水冷交换系统

2．10 本章小结

第三章 电主轴的静力分析

3．1 结构静力分析概述

3．2 ANSYS静力分析的基本步骤

3．3 电主轴的静态结构分析

3．4 主轴的静力学分析

3．5 不同预紧力对主轴部分静态特性的影响

3．6 不同轴内径对主轴部分静态特性的影响

3．7 不同轴承位置对主轴部分静态特性的影响

3．8 本章小结

第四章 电主轴的动力学分析

4．1 电主轴的动态特性

4．2 电主轴模态分析

4．3 临界转速的计算

4．4 不同轴内径对主轴部分模态参数的影响

4．5 不同轴承位置对主轴部分模态参数的影响

4．6 不同预紧力对主轴部分模态参数的影响

4．7 主轴的谐响应分析

4．7．1 谐响应分析

4．7．2 主轴组件的谐响应分析

4．8 本章小结

第五章 总结和展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文