高速电主轴

摘要： 针对机床高速电主轴在高速运转中的冷却问题,以某型号卧式加工中心高速电主轴为研究对象,基于流固耦合法,对串并联、单螺旋及双螺旋三种冷却流道结构从流速、压力、温升三方面进行详细对比。另外,为了进一步优化提升流道对电主轴的冷却效率,通过理论计算分析流道内不同初始流速对主轴热平衡后温升影响,以及不同流道几何参数对换热能力和压力损失的影响,并运用Fluent分别对以上两种提升流道冷却效率的影响因素进行仿真分析。研究结果表明,双螺旋结构因其结构的独特性综合对比为最佳冷却结构;主轴散热随流道内初速流速的增加呈现先急后缓,可通过对比选取最佳冷却流速;流道几何参数对换热能力影响较小,但对压损影响较大,提出了综合考虑换热与压损的流道几何参数设计。研究结果为精密高速电主轴在冷却系统的设计提供了一定理论依据。

摘要： 针对高速电主轴高速化和结构集成化带来的温升控制等技术难题,对高速电主轴现有冷却技术成果进行系统分析和深入总结,主要从热源、传热机理以及内部生热影响等方面对高速电主轴进行热特性分析;对高速电主轴关键部件的冷却技术进行阐述,基于被动冷却和主动冷却两种冷却方式,从电机、轴承、主轴方面深入分析和评述不同冷却方式在高速电主轴冷却技术中的方法、原理、优缺点以及应用;对当前更经济有效的冷却技术应用于工程实践以克服未来挑战的问题进行讨论,并对未来的发展趋势进行展望。

摘要： 高速电主轴内置电机与主轴一体零传动,能将主传动系统转动惯量减到最小,高转速数控微主轴单元系统已成为现代加工中心机床主要关键部件。本文从高转速微主轴支承型式、磁悬浮轴承支承、动静压力轴承支承、主轴控制及润滑冷却技术等高转速微主轴单元关键技术上进行分析;并对主轴变频器及冷却方式选择、轴承选型与电主轴参数计算、数控微主轴单元简化及刚度计算,可将主轴单元模型计算数据与测试实物或同类型样本给出数据对比,判断其选用是否合理。

摘要： 将油气润滑技术应用于高速电主轴中,能够让其轴承具备极限转速高、温升低等功能,并有效延长了轴承使用寿命,在高速电主轴轴承润滑中发挥着重要作用。1高速电主轴轴承油气润滑原理分析油气润滑原理可知,主要是借助适当压力的压缩空气与适量的润滑油,通过在适当长度管道中进行混合,在压缩空气影响下润滑油能够顺利完成流动,从而向各润滑部位输送油气混合体,并达到润滑的效果。

摘要： 为精确地预测电主轴高速运转时内部温升的变化情况,提出了一种基于自适应粒子群优化BP神经网络的电主轴温度预测模型(APSO-BPNN).该模型在PSO-BPNN算法的基础上,引入自适应惯性权重,使权重跟随粒子适应度的变化而变化;采用自适应学习因子,在算法的初期和后期获得不同的搜索能力;融入变异算子,增加种群的多样性,避免算法的早熟收敛等缺点.然后,分别采用BPNN、PSO-BPNN和APSO-BPNN预测模型对电主轴不同测温点的温度进行预测.实验结果表明,与传统的BP神经网络和PSO-BPNN预测方法相比,所提APSO-BPNN模型预测精度最高,鲁棒性最强,可为电主轴及机床温升的智能控制和早期预警系统开发提供理论依据.

摘要： 针对高速电主轴开发过程中存在的振动问题,开发了实时振动监测系统。通过对高速电主轴进行瞬态响应测试对比、以及切削工况试验验证,有效地证明了该振动测试模块的准确性,可以应用于实际加工监测,为后续智能化高速电主轴的批量生产提供了技术支持。

摘要： 针对高速电主轴实际运行中主轴内部发热量大、温度升高等导致主轴热变形而影响电主轴加工精度问题,以某型电主轴为研究对象,通过仿真与试验结合的方法探究冷却系统冷却能力.阐述电主轴热态特性;分析螺旋和循环冷却系统的有限元仿真结果;进行冷却系统对比试验,验证仿真结果.结果表明:螺旋冷却系统稳态下整体冷却效果和冷却速率都优于循环冷却系统.研究结果为电主轴设计、优化与开发提供了一定的技术参考.

摘要： 为了预测高速电主轴转子轴承系统的动力学行为,本文以150MD25Z7.5高速电主轴转子轴承系统为研究对象,考虑质量偏心及“负刚度”效应,建立转子轴承系统动力学模型。运用Runge-Kutta法及稳定性理论,分析了系统动力学响应及不动点处的局部稳定性。结果表明:①转速的增加,系统振幅逐渐增大,且系统表现出复杂的动力学行为。②轴承刚度的增加,系统振幅呈现下降的趋势,且系统始终处于周期运动。③根据稳定性理论,系统在固定点(±1,0)附近,是失稳的,在固定点(0,0)附近,是渐近稳定的。

摘要： 为了更精确地研究高速电主轴的热态特性,基于热力学理论,考虑定、转子表面粗糙度对定、转子间隙换热系数及空气摩擦损耗的影响,分别计算电主轴产热量和各传热系数,建立电主轴有限元模型,通过数值分析得到电主轴温度场及热变形情况.结果 表明:随着转速和定、转子表面粗糙度的增大,空气摩擦损耗量增加;定、转子间隙换热系数随着定、转子表面粗糙度的增加不断增大;定、转子表面粗糙度大的电主轴温度比粗糙度小的温度低,表明换热系数对高速电主轴温升的影响比空气摩擦损耗对其的影响更明显.

摘要： 自动松锁刀装置是高速电主轴中的重要组成部分,其松锁刀可靠性是电主轴提高加工效率和加工精度的重要保证.基于伺服驱动和谐波减速传动原理设计的高速电主轴自动松锁刀装置,在结构上进行了创新,设计了谐波减速机构、滚珠丝杠副等中间传动环节,谐波减速机构的减速比可以达到70～500;松锁刀装置采用开环伺服驱动控制,不需要检测装置,控制辅助时间缩短.建立了刀具夹紧力数学模型,对影响刀具夹紧力的中间传动环节进行了分析研究,刀具夹紧力范围宽,可以在5～115 kN的范围内变化,可广泛应用于加工中心、数控机床等高速机床中,使用柔性好.结果 表明:整个松锁刀装置具有体积小、重量轻、惯性小、速比高、负载能力强、生产效率高、加工精度高等优点.

摘要： 为研究高速电主轴的动态性能,优化主轴系统.运用ANSYS建立高速电主轴动力学模型,以150MD24金属电主轴作分析对象,对高速电主轴进行仿真分析,并通过高速电主轴动态性能测试系统验证有限元模型分析的可行性与准确性.结果表明:有限元仿真固有频率与实验数据最大误差为9.83％,在允许误差范围内,将有限元仿真与动态测试系统结合,能够更好的分析电主轴的动力学特性,对指导研发高性能电主轴具有重要意义.

摘要： 高速电主轴在进行非接触式径向电磁加载时,模拟刀具表面会产生涡流,电磁力会随着转速的提高而快速下降.为了更好地了解电磁力随着转速的变化情况,实现对电磁力的控制,建立了电磁力随着主轴转速变化的解析模型,并对电磁力下降机理进行了分析,得出了动态电磁力的解析式.解析计算结果表明电磁力随着转速的升高快速下降,当下降到一定程度,电磁力逐渐趋于平缓.采用有限元软件对旋转状态下的电磁加载进行的数值模拟,试验测量了不同转速下的电磁力的大小.结果表明解析计算、仿真计算与测试结果吻合较好,证明了该解析计算方法预测动态电磁力的有效性,该方法为高效控制电磁力提供了指导.

摘要： 本文较为系统地介绍了作者近年来在高速电主轴转子动力学方面所取得的研究结果,具体包括:硅片磨削空气轴承电主轴动态特性分析,水润滑静压轴承电主轴动态建模等问题;研制直径300mm硅片磨削空气轴承电主轴,在我国首套硅片精密磨削生产线获得工程应用.

摘要： 简要叙述了应用响应面法获得极限状态函数。该极限状态函数具有二次多项式响应面函数的特点的过程，用响应面法获取的极限状态函数包括一、二次项和交叉项的信息．不仅使可靠性灵敏度的计算简单易行，而且使计算精度大大提高。应用响应面法对高速电主轴进行了可靠性的分析，得到了高速电主轴刚度可靠度。并探究了各参数对高速电主轴刚度可靠性的影响，为提高高速电主轴的刚度可靠性提高参考。

摘要： 本文开展高速电主轴系统综合性能实验方法中的主要科学问题研究，解决高速电主轴高速电主轴性能评价、检测、实验的难题，为形成具有自主知识产权的高速电主轴系统综合性能实验方法和技术奠定基础。包括高速电主轴系统设计参数对综合性能指标的影响机理，高速电主轴系统综合性能实验方法研究等。

摘要： 高速电主轴是高速加工技术与机床的核心功能部件之一,是具有多物理过程、多参量耦合特征的复杂机电系统,成为高速电主轴动态性能研究的难点.课题重点研究如下内容:高速电主轴机电耦合建模和求解方法研究及动力学分析,包括,局部耦合问题的建模和求解方法;耦合变量(包括机、电、磁、热和外负载等)与主轴整体动态性能之间的相互关系;多变量、非线性综合参量的全局耦合动力学建模与求解;耦合回路电压解耦数字化仿真模型的建立.在此基础上，开展高速电主轴动态性能检测物理实验方法和技术研究，定义高速电主轴数字化仿真模型，进行高速电主轴数字化仿真实验和物理实验及数据分析等。课题通过高速电主轴机电耦合动力学分析技术、高速电主轴机电耦合建模和求解方法和技术、高速电主轴数字化仿真实验建模与实验技术等方面的研究，探讨了多物理过程、多参量复杂祸合下高速电主轴的动态性能、解释高速电主轴机电耦合动力学问题，建成高速电主轴仿真与虚拟实验系统，揭示高速电主轴设计参数、耦合因数对性能指标的影响机理和规律。取得的研究成果和重要进展不仅在科技层面有重大的学术意义，而且在工程应用层面有重大的经济社会效益。

摘要： 为了研究高速电主轴的控制精度与主轴机械参数之间的动态关系,根据法拉第电磁感应定律建立高速电主轴的动态数学模型,并利用无速度传感器矢量控制逆变调速原理,将该模型的定子电流分解为励磁电流和转矩电流两个分量,组成两个独立的—阶线性子系统——磁链子系统和转矩子系统,实现励磁磁链和电磁转矩对各自参考值的全局渐进跟踪.试验结果表明,在无速度传感器矢量控制下,高速电主轴的励磁磁链受励磁电流的控制,且不受主轴负载和转速高低的影响,始终保持恒定;转矩电流控制高速电主轴的电磁转矩,与负载呈线性关系.有效控制励磁电流和转矩电流两个独立变量,不仅可以保证高速电主轴在负载状态下转差率小、转矩输出稳定性高的特点,而且当高速电主轴受到瞬间外力冲击时,其快速的转矩响应能力、动态速度跟随精度和抗挠动性等动态特性参数都可以通过控制励磁电流和转矩电流的精度实现.

摘要： 针对设计研发高速电主轴时，计算冷却水用量和测量水冷系统温度分布难的问题，根据热传导计算理论，应用有限元计算软件CFX对水冷系统仿真与分析。仿真所得水冷系统的温度、压力、速度分布，经试验验证，反映了电主轴在工作过程中的真实情况。利用仿真分析，可预测电主轴在各种环境温度下工件时水冷系统温度分布及其温升；指导水冷系统设计改进；减少设计水冷系统时试验修正的次数，最终实现高效、低成本的设计目的。

摘要： 角接触球轴承已成为高速电主轴主要的支承方式,它的摩擦学和动力学特性对高速电主轴的精度、寿命和可靠性有着重要影响.然而,角接触球轴承摩擦学和动力学之间存在着复杂的耦合关系,这种复杂的耦合关系给角接触球轴承摩擦学和动力学特性的分析和设计带来了很大困难,也使分析结果与实际存在较大偏差.本项目主要研究角接触轴承摩擦学和动力学特性之间的相互作用和影响,为角接触球轴承摩擦学和动力学特性分析提供理论依据和有效方法.

摘要： 基于预紧轴承动刚度建立了电主轴轴承转子系统振动模型,计算轴承的模态及振动响应,给出降低电主轴振动的方法,确定了轴承的预紧载荷.经过计算电主轴内部温度场分布,给出降低温升的方法.改进设计后,电主轴振动和温升下降明显.

摘要： 一种高速车削中心电主轴部件冷却结构，其特征是：在内装式伺服电机定子与箱体之间设计一外圆切有冷却腔槽及螺旋型流体通道轴承水套，内装式伺服电机定子外壳上带有螺旋水套。由冷却水进口、轴承水套、内装式伺服电机定子水套、冷却水出口共同构成一个封闭的外冷却循环系统。由外围冷却水进水接头、高速旋转接头、拉杆、主轴、法兰、外围冷却水回水接头共同构成了一个封闭的内冷却循环系统。经恒温控制的冷却水流经两个冷却循环系统，对电主轴部件固定不动部分如内装式伺服电机定子、主轴轴承外圈和高速旋转部分如电机转子、轴承内圈、主轴的内外两路同时冷却，降低了电主轴部件温升，提高了高速车床热稳定性和工作精度、延长了伺服电机使用寿命。

摘要： 本发明涉及高速高精机床主轴、电主轴磁感应增量型总线式编码器，包括量测齿轮和磁感应读取头；磁感应读取头内设有磁感应元器件、信号调理电路、参考零点比较器电路及FPGA插补细分电路，磁感应元器件与量测齿轮圆周正相切安装，磁感应元器件对量测齿轮进行非接触式扫描所产生的正余弦正交差分信号和参考零点差分信号，经信号调理电路后，由FPGA插补细分电路对其直流偏置误差、幅值误差和正交相位误差进行实时修正和补偿，并结合参考零点比较器电路，分别生成相对于上电时刻的转轴旋转角度的相对位置值和相对于参考零点信号的转轴旋转角度的绝对位置值，机械传动结构简单，提高了机床主轴定位、重复定位精度，提升了数控机床整体量测精度和加工效率。

摘要： 一种高速车削中心电主轴部件冷却结构，其特征是：在内装式伺服电机定子与箱体之间设计一外圆切有冷却腔槽及螺旋型流体通道轴承水套，内装式伺服电机定子外壳上带有螺旋水套。由冷却水进口、轴承水套、内装式伺服电机定子水套、冷却水出口共同构成一个封闭的外冷却循环系统。由外围冷却水进水接头、高速旋转接头、拉杆、主轴、法兰、外围冷却水回水接头共同构成了一个封闭的内冷却循环系统。经恒温控制的冷却水流经两个冷却循环系统，对电主轴部件固定不动部分如内装式伺服电机定子、主轴轴承外圈和高速旋转部分如电机转子、轴承内圈、主轴的内外两路同时冷却，降低了电主轴部件温升，提高了高速车床热稳定性和工作精度、延长了伺服电机使用寿命。

摘要： 本发明涉及高速高精机床主轴、电主轴磁感应增量型总线式编码器，包括量测齿轮和磁感应读取头；磁感应读取头内设有磁感应元器件、信号调理电路、参考零点比较器电路及FPGA插补细分电路，磁感应元器件与量测齿轮圆周正相切安装，磁感应元器件对量测齿轮进行非接触式扫描所产生的正余弦正交差分信号和参考零点差分信号，经信号调理电路后，由FPGA插补细分电路对其直流偏置误差、幅值误差和正交相位误差进行实时修正和补偿，并结合参考零点比较器电路，分别生成相对于上电时刻的转轴旋转角度的相对位置值和相对于参考零点信号的转轴旋转角度的绝对位置值，机械传动结构简单，提高了机床主轴定位、重复定位精度，提升了数控机床整体量测精度和加工效率。

摘要： 本实用新型公开高速高精机床主轴、电主轴磁感应正余弦编码器，包括量测齿轮和与测量齿轮配合使用的磁感应读取头；磁感应读取头内设有配合磁钢对磁场强度变化情况进行实时检测的磁感应元器件；磁感应读取头内的信号调理电路设有正余弦信号调理驱动芯片；磁感应元器件与量测齿轮圆周正相切安装，磁感应元器件对量测齿轮进行非接触式扫描所产生的正余弦正交差分信号和参考零点差分信号，使用正余弦信号调理驱动芯片对正余弦信号的直流电平误差、幅值误差和正交相位误差进行有效的修正和补偿，进而稳定输出高精度高正弦性的正余弦信号。其机械传动结构简单，提高了机床主轴定位、重复定位精度，提升了数控机床整体量测精度和加工效率。

摘要： 本实用新型涉及高速高精机床主轴、电主轴磁感应增量型总线式编码器，包括量测齿轮和磁感应读取头；磁感应读取头内设有磁感应元器件、信号调理电路、参考零点比较器电路及FPGA插补细分电路，磁感应元器件与量测齿轮圆周正相切安装，磁感应元器件对量测齿轮进行非接触式扫描所产生的正余弦正交差分信号和参考零点差分信号，经信号调理电路后，由FPGA插补细分电路对其直流偏置误差、幅值误差和正交相位误差进行实时修正和补偿，并结合参考零点比较器电路，分别生成相对于上电时刻的转轴旋转角度的相对位置值和相对于参考零点信号的转轴旋转角度的绝对位置值，机械传动结构简单，提高了机床主轴定位、重复定位精度，提升了数控机床整体量测精度和加工效率。

摘要： 本发明适用于机械制造领域，提供了一种高速电主轴的混合加载装置、电主轴的混合加载试验台，该高速电主轴的混合加载装置包括安装座和位于安装座一侧的电主轴，高速电主轴的混合加载装置还包括：加载主体，设置在电主轴的一端；固定组件，设置在安装座靠近电主轴的一侧；加载组件，与安装座相连接，用于将外部高压水射流产生的冲击力施加到加载主体；通过固定组件将电主轴进行夹持固定，通过加载组件将外部高压水射流传输至加载主体，加载主体将受到的冲击力传输至电主轴，从而对电主轴进行混合加载；该装置结构简单，操控便捷，通过水流产生的冲击力对电主轴进行加载，安装环境要求较低，也不会对电主轴造成磨损，可以进行长时间加载。

摘要： 一种减少高速电主轴内主轴转子振动或弯曲变形的方法是在主轴转子(5)两端的支撑点分别配置结构相同的弹性支撑环(2)和轴承座(3)，当主轴转子高速旋转产生振动所引发的冲击载荷通过轴承(4)和轴承座传递到弹性支撑环上，弹性支撑环的Y形翘翼将发生弹性变形，该弹性变形能吸收一部分振动能量，从而减轻轴承和轴承座以及套筒(1)之间的冲击载荷，同时由于弹性支撑环的Y形翘翼具有弹性，主轴转子两端支撑点受到的刚性约束将被减弱，从而使主轴转子的振动弯曲变形得到有效释放，主轴转子高速旋转自定心效果增强，有效防止了主轴转子的弯曲变形，减少轴承的受力，提高高速电主轴的使用寿命。

摘要： 本发明适用于机械制造领域，提供了一种高速电主轴的混合加载装置、电主轴的混合加载试验台，该高速电主轴的混合加载装置包括安装座和位于安装座一侧的电主轴，高速电主轴的混合加载装置还包括：加载主体，设置在电主轴的一端；固定组件，设置在安装座靠近电主轴的一侧；加载组件，与安装座相连接，用于将外部高压水射流产生的冲击力施加到加载主体；通过固定组件将电主轴进行夹持固定，通过加载组件将外部高压水射流传输至加载主体，加载主体将受到的冲击力传输至电主轴，从而对电主轴进行混合加载；该装置结构简单，操控便捷，通过水流产生的冲击力对电主轴进行加载，安装环境要求较低，也不会对电主轴造成磨损，可以进行长时间加载。

摘要： 一种减少高速电主轴内主轴转子振动或弯曲变形的方法是在主轴转子(5)两端的支撑点分别配置结构相同的弹性支撑环(2)和轴承座(3)，当主轴转子高速旋转产生振动所引发的冲击载荷通过轴承(4)和轴承座传递到弹性支撑环上，弹性支撑环的Y形翘翼将发生弹性变形，该弹性变形能吸收一部分振动能量，从而减轻轴承和轴承座以及套筒(1)之间的冲击载荷，同时由于弹性支撑环的Y形翘翼具有弹性，主轴转子两端支撑点受到的刚性约束将被减弱，从而使主轴转子的振动弯曲变形得到有效释放，主轴转子高速旋转自定心效果增强，有效防止了主轴转子的弯曲变形，减少轴承的受力，提高高速电主轴的使用寿命。