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1、學號：1120110541大連海事大學碩士研究生學位論文開題報告研究生院制發(fā)個人基本情況姓名黃鑫學號1120110541培養(yǎng)層次□博士□碩士學科（專業(yè)）機械電子工程導師馬文琦培養(yǎng)類別□脫產(chǎn)□在職學生類別□公費□自費□委培入學年月2011年9月1日身份證號37061219870722201研究方向氣動元件及系統(tǒng)理論與應用技術論文題目高速電主軸結構設計及性能分析課程學習情況已修學分待修學分總學分24學位課非學位課學位課非學位課18600開題申請書一、課題意義及國內外研究現(xiàn)狀綜述1.課題意義高速加工技術越來越受到人們的
2、關注,它不僅可獲得更大的生產(chǎn)率,而且還可獲得很高的加工質量,并可降低生產(chǎn)成本,因而被認為是21世紀最有發(fā)展前途的先進制造技術之一。在先進工業(yè)國家,此項技術已廣泛應用于航空、航天及模具行業(yè)。在近五年中,我國的該項技術也取得了長足的進步。高速機床是實現(xiàn)高速切削的前提條件,機床的高速化是目前機床的發(fā)展趨勢。實現(xiàn)高速化的關鍵部件是主軸單元,而采用高速電主軸技術是實現(xiàn)主軸高速化的一個重要途徑。空氣靜壓軸承可實現(xiàn)軸頸與軸承襯套的無直接接觸,軸承發(fā)熱量少,旋轉精度高,非常適合在高速電主軸上應用。圖1PCB加工電主軸電主軸是最近
3、幾年在數(shù)控機床領域出現(xiàn)的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術，它與直線電機技術，高速刀具技術一起，將會把高速加工推向一個新時代。電主軸就是直接將空心的電動機轉子裝在主軸上，定子通過冷卻套固定在主軸箱體孔內，形成一個完整的主軸單元，通電后轉子直接帶動主軸運轉。電主軸省去了帶輪或齒輪傳動，實現(xiàn)了機床的“零傳動”，提高了傳動效率。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、冷卻裝置、內置編碼器、換刀裝置。高速電主軸主要包括：殼體、軸承、定子、轉子、潤滑和冷卻系統(tǒng)。電主軸的結構示意圖如圖2所示。圖2
4、電主軸結構示意圖電主軸所融合的技術：(1)高速軸承技術：電主軸通常采用復合陶瓷軸承，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍；有時也采用電磁懸浮軸承，或靜壓軸承，內外圈不接觸，理論上壽命無限長。(2)高速電機技術：電主軸是電機與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電機的轉子即為主軸的旋轉部分，理論上可以把電主軸看作一臺高速電機，其關鍵技術是高速度下的動平衡。圖3同步內置電機和異步內置電機(3)潤滑：電主軸的潤滑一般采用定時定量油氣潤滑；也可以采用脂潤滑，但相應的速度要打折扣。所謂定時，就是每隔一定的時間間隔注一次油，所謂定量，就是通過一
5、個叫做定量閥的器件，精確地控制每次潤滑油的注油量。而油氣潤滑，指的是潤滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。油量控制很重要，太少，起不到潤滑作用；太多，在軸承高速旋轉時會因油的阻力而發(fā)熱。(4)冷卻裝置：為了盡快給高速運行的電主軸散熱，通常對電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。內置脈沖編碼器：為了實現(xiàn)自動換刀以及剛性攻絲，電主軸內置一脈沖編碼器，以實現(xiàn)準確的相位控制以及與進給的配合。(5)自動換刀裝置：為了適用于加工中心，電主軸配備了能進行自動換刀的裝置，包括碟形簧、拉刀油缸。(6)高
6、速刀具的裝卡方式：廣為熟悉的BT、ISO刀具，已被實踐證明不適合于高速加工。這種情況下出現(xiàn)了HSK、SKI等高速刀柄。圖4BT刀柄和HSK刀柄(7)高頻變頻裝置：要實現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉的轉速，必須用高頻變頻裝置來驅動電主軸的內置高速電機，變頻器的輸出頻率甚至需要達到幾千Hz。高速電主軸對現(xiàn)代數(shù)控機床發(fā)展和金屬切削技術具有重大的影響：(1)促進高速切削技術與機床的發(fā)展。電主軸系由內裝式電機直接驅動，更容易滿足高速切削對機床“高速度、高精度、高可靠性及小振動”的要求，與機床高速進給系統(tǒng)、高速刀具系統(tǒng)一起組
7、成高速切削所需的必備條件。電主軸技術與電機變頻、閉環(huán)矢量控制、交流伺服控制等技術相結合，可滿足車削、銑削、刨削、鉆削、磨削等金屬切削加工的需要。(2)簡化結構，促進機床結構模塊化。電主軸根據(jù)用途、結構、性能參數(shù)等特征形成標準化、系列化產(chǎn)品，供主機選用，從而促進機床結構模塊化。(3)降低機床成本，縮短機床研制周期。一方面，標準化、系列化的電主軸產(chǎn)品易于形成專業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)，實現(xiàn)功能部件的低成本制造;另一方面，采用電主軸后，機床結構的簡單化和模塊化，有利于降低機床成本。此外，還可縮短機床研制周期，適應目前快速多變的
8、市場趨勢。(4)改善機床性能，提高可靠性。采用電主軸結構的數(shù)控機床，由于結構簡化，傳動、連接環(huán)節(jié)減少，因此提高了機床的可靠性;技術成熟、功能完善、性能優(yōu)良、質量可靠的電主軸功能部件使機床的性能更加完善，可靠性進一步提高。(5)實現(xiàn)某些高檔數(shù)控機床的特殊要求。有些高檔數(shù)控機床，如并聯(lián)運動機床、五面體加工中心、小孔和超小孔加工機床等，必須采用電主軸，才能滿足完善的功能要求。2
