永磁同步高速电主轴的研制及性能测试分析

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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
• 2.3.1
• 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
• 致谢