ADGM高速電主軸關鍵技術研究.pdf

1、本文分析了數(shù)控車床及車削中心的發(fā)展現(xiàn)狀及研究進展，發(fā)現(xiàn)主要參數(shù)：回轉直徑Φ400～630mm、主軸轉速4000～8000r/min的高速數(shù)控車床及車削中心需求問題亟待解決，而國內電主軸技術的現(xiàn)狀是制約其發(fā)展的主要原因之一，總結國內外電主軸技術發(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，這對于發(fā)展高檔數(shù)控機床，進一步完善電主軸的研究技術具有重要意義。
　　首先，根據(jù)電主軸的性能指標對其結構進行初步設計，包括各部件材料的選

2、擇、尺寸確定，冷卻、潤滑密封系統(tǒng)的初步設計等。
　　其次，從電主軸的特點出發(fā)，為減小主軸前端的最大變形量，提高電主軸靜態(tài)剛度，對主軸系統(tǒng)的前端懸伸量、轉子位置和跨距進行優(yōu)化設計，發(fā)現(xiàn)前端懸伸量對主軸前端最大變形量影響最大，當懸伸量為70mm，轉子左端面距離軸承右端面距離為56mm，跨距為230mm時，主軸前端最大變形量達到最小為5.6μm。并對優(yōu)化后的主軸系統(tǒng)進行動態(tài)分析，建立了有限元分析模型，計算出主軸-軸承系統(tǒng)的固有頻率、振型

3、及極限轉速，得出主軸的最高轉速接近其一階極限轉速，由于其一階振型為平動，對其進行諧響應分析發(fā)現(xiàn)在激振力為1000N時，其前端共振位移為5.6e-6mm，具有良好的動態(tài)剛度，不影響其加工精度，而最高轉速不到其二階極限轉速的30％，能夠滿足主軸的性能指標。
　　然后，在確定電主軸的整體結構前，對比環(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，在邊界條件一樣的條件下，對三種冷卻方式進行CFX流體分析，對比

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。并對確定后的電主軸整體進行熱態(tài)仿真，當入口質量流為0.5Kg/s、最高轉速8000rpm時，得出電主軸穩(wěn)態(tài)溫度場分布，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構分析中，進行熱結構耦合分析，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設計了電主軸轉速智能控制系統(tǒng)，通過變頻器實現(xiàn)對電主軸五段速及每段速運行時

5、間的控制，減少了試驗時間。并通過試驗測量主軸轉速與溫度、振動、噪音的關系，得到如下結論：
　?。?）試驗測量主軸不同轉速下3個測點的溫度值，并在額定轉速下與仿真結果對比，發(fā)現(xiàn)實驗測得的各測點溫度與仿真結果基本一致，相差不到2%，說明該熱態(tài)仿真方法能成功預測電主軸溫度場分布。
　?。?）在轉速為8000rpm時，通過改變冷卻液的進口質量流，測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口質量流為0.55