高速電主軸動(dòng)力學(xué)特性分析綜述

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1、完美WORD格式.整理《機(jī)械模態(tài)分析與實(shí)驗(yàn)》結(jié)課論文高速電主軸模態(tài)分析綜述班級(jí)研1201姓名趙川學(xué)號(hào)2012020003.專業(yè)資料分享.完美WORD格式.整理高速電主軸模態(tài)分析綜述前言高速電主軸是高速機(jī)床的核心部件,它將機(jī)床主軸與變頻電機(jī)軸合二為一,即將主軸電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件內(nèi)部,也被稱為內(nèi)裝式電主軸(Built-inMotorspindle),其間不再使用皮帶或齒輪傳動(dòng)副。其具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn),并改善了機(jī)床的動(dòng)平衡,避免振動(dòng)和噪聲,在超高速機(jī)床中得到廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高速精密加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于高端裝備制造各個(gè)行業(yè)。高速

2、精密數(shù)控機(jī)床目前成為現(xiàn)代化制造業(yè)的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備。提高高速精密數(shù)控機(jī)床在加工運(yùn)行過程中精度的可靠性、穩(wěn)定性和可維護(hù)性，對(duì)提升企業(yè)競爭力越來越重要。高速精密機(jī)床的工作性能，取決于機(jī)床的主軸系統(tǒng)。主軸也是最容易失效的部位之一，主軸系統(tǒng)在加工過程中由于各種原因會(huì)引起回轉(zhuǎn)精度劣化和功能喪失，嚴(yán)重影響產(chǎn)品加工精度和質(zhì)量。如精密車削的圓度誤差30%-70%是主軸的回轉(zhuǎn)誤差引起。加工的精度越高，所占的比例越大。其動(dòng)態(tài)性能的好壞對(duì)機(jī)床的切削抗振性、加工精度及表面粗糙度均有很大的影響，是制約數(shù)控機(jī)床加工精度和使用效率的關(guān)鍵因素。正文高速加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、模具及汽車制造等行業(yè)。高速主軸

3、在加工過程中,由于離心力和陀螺力矩效應(yīng),.專業(yè)資料分享.完美WORD格式.整理其動(dòng)態(tài)特性相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)發(fā)生很大改變。若仍然利用靜態(tài)主軸的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)進(jìn)行高速切削穩(wěn)定性分析,會(huì)帶來較大的誤差。因此有必要對(duì)高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的主軸進(jìn)行精確建模,以達(dá)到優(yōu)化切削參數(shù)的目的。國內(nèi)電主軸的研究始于20世紀(jì)60年代,主要用于零件內(nèi)表面磨削,這種電主軸的功率低,剛度小。且采用無內(nèi)圈式向心推力球軸承,限制了高速電主軸的生產(chǎn)社會(huì)化和商品化。20世紀(jì)70年代后期至80年代,隨著高速主軸軸承的開發(fā),研制了高剛度、高速電主軸,它被廣泛應(yīng)用于各種內(nèi)圓磨床和各機(jī)械制造領(lǐng)域。在20世紀(jì)80年代末以后,由磨用電主軸

4、轉(zhuǎn)向銑用電主軸,它不僅能加工各種形體復(fù)雜的模具,還開發(fā)了用于木工機(jī)械用的風(fēng)冷式高速銑用電主軸,推動(dòng)高速電主軸在銑削中的應(yīng)用。此外,食品工業(yè)的固體飲料;染化工業(yè)的染料;醫(yī)藥工業(yè)的藥品等粉狀和粒狀物質(zhì)均需用高速離心干燥技術(shù)來生產(chǎn),而高速離心干燥設(shè)備也需要高速電主軸技術(shù)。高速拉伸電主軸的應(yīng)用促進(jìn)了我國有色管材精密冷成型技術(shù)的發(fā)展。高精度硅片切割機(jī)用電主軸,促進(jìn)電子工業(yè)設(shè)備的更新和進(jìn)步。利用高速電主軸的優(yōu)良性能,還可開發(fā)多種高性能試驗(yàn)機(jī)。國外電主軸最早用于內(nèi)圓磨床,20世紀(jì)80年代,隨著數(shù)控機(jī)床和高速切削技術(shù)的發(fā)展和需要,逐漸將電主軸技術(shù)應(yīng)用于加工中心、數(shù)控銑床等高檔數(shù)控機(jī)床,成為近

5、年來機(jī)床技術(shù)所取得的重大成就之一。目前,采用電主軸技術(shù)的數(shù)控機(jī)床越來越多。電主軸已成為現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床最熱門的主要功能部件之一,世界上形成許多著名機(jī)床電主軸功能部件專業(yè)制造商,它們生產(chǎn)的電主軸功能部件已經(jīng)系列化,如瑞士的FIS2CHER,Step-Tec和IBAG,德國的GMN和CYTEC,.專業(yè)資料分享.完美WORD格式.整理意大利的CAMFIOR和OMLAT等。國產(chǎn)電主軸和國外產(chǎn)品相比較,無論是性能、品種和質(zhì)量都有較大差距,國產(chǎn)電主軸產(chǎn)品和國外的相比,主要存在以下差距:國外電主軸低速段的輸出扭矩最大可達(dá)300Nm,而我國目前僅在100Nm以內(nèi);在高轉(zhuǎn)速方面國外用于加工中心的電

6、主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)75000r/min,我國則多在15000r/min以內(nèi);電主軸的軸承潤滑,國外普遍采用油氣潤滑,而我國仍用油脂潤滑;其它配套技術(shù)也有較大差距如主軸電機(jī)矢量控制、交流伺服控制技術(shù)、精確定向技術(shù)、快速啟動(dòng)、停止等在產(chǎn)品的品種、規(guī)格、數(shù)量和制造規(guī)模等方面,國產(chǎn)電主軸仍然處于小量研發(fā)試制階段,沒有形成系列化、專業(yè)化,這遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)數(shù)控機(jī)床和加工中心發(fā)展的需求。所以目前國產(chǎn)的高轉(zhuǎn)速、高精度數(shù)控機(jī)床和加工中心所用的電主軸,仍然主要從國外進(jìn)口。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)機(jī)床主軸系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究，取得了大量的研究成果。總體上，主軸動(dòng)特性分析主要分為傳遞矩陣、實(shí)驗(yàn)、有限元和阻抗耦合法等。

7、GAO等在主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究方面較為前沿；Chi-WeiLin用模態(tài)分析進(jìn)行高速機(jī)床主軸特性研究；KOSMATKA構(gòu)建Timoshenko梁模型，為主軸建模分析奠定了基礎(chǔ)；熊萬里等提出高速精密機(jī)床主軸系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析方法；T.L.Schmitz采用有限元法對(duì)主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行研究；Rantatalo等指出軸承的剛度軟化是影響主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性重要因素；孫偉等研究比較了主軸高速和靜態(tài)的動(dòng)力學(xué)特性的比較。但是多數(shù)文獻(xiàn)沒有系統(tǒng)地研究如何利用有限元法分析精密主軸系統(tǒng)在高速狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性。.專業(yè)資料分享.完美