數(shù)控機床高速電主軸結(jié)構(gòu)分析及應(yīng)用
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- 08060415-高速電主軸論文高速電主軸是高速機床的核心部件，它將機床主軸與變頻電動機軸合二為一，即將主軸電動機的定子、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，其間不再使用皮帶或齒輪傳動副，從而實現(xiàn)機床主軸系統(tǒng)的“零傳動”其具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、動態(tài)特性好等優(yōu)點，并改善了機床的動平衡，避免了振動和噪聲，在超高速機床中得到廣泛應(yīng)用。作為數(shù)控機床的核心功能部件，高速電主軸動態(tài)性能的好壞直接關(guān)系到機床的加工精度和可靠性，因此在設(shè)計時對其進行詳細的動態(tài)特性研究具有重要的意義。機械系統(tǒng)運動部件的動力學(xué)特性研究，主要通過對運動部件進行模態(tài)分析來實現(xiàn)。它主要研究結(jié)構(gòu)或部件的振動特性(固有頻率和主振型)，為動力學(xué)分析中的瞬態(tài)動力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析、譜分析提供基本的分析數(shù)據(jù)。通過動力學(xué)分析可以判斷出電主軸轉(zhuǎn)速是否合理，結(jié)構(gòu)中有無薄弱環(huán)節(jié)，并對其進行優(yōu)化設(shè)計，使零部件滿足機床對加工質(zhì)量和加工精度的要求。
1 電主軸動力學(xué)特性的評價指標
機械設(shè)計中，提高機械結(jié)構(gòu)的抗振能力，是適應(yīng)當前機器向高質(zhì)量、高速度、高效率、低成本和低噪聲發(fā)
一、高速電主軸的特點
高速運轉(zhuǎn)的電主軸的主軸形式是將主軸電機的定子、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件的內(nèi)部,即把高速電機置于精密主軸內(nèi)部,電主軸的電機轉(zhuǎn)子就是主軸,主軸的殼體就是電機的機座,實現(xiàn)了變頻調(diào)速電機和主軸一體,電機直接驅(qū)動主軸,形成電主軸。電主軸取消了電機到主軸傳動鏈中的齒輪、皮帶等一切中間環(huán)節(jié),動力源對主軸的直接傳動,傳動鏈長度為零,實現(xiàn)了機床主軸系統(tǒng)的“零傳動”。它具有高轉(zhuǎn)速、高精密、噪聲低、低溫升、體積小、安裝方便等特點,是現(xiàn)代高檔數(shù)控機床主要的關(guān)鍵部件。它與早年應(yīng)用于內(nèi)圓磨床的內(nèi)裝式電機主軸的區(qū)別是采用了變頻調(diào)速技術(shù),主軸有較大的驅(qū)動功率和轉(zhuǎn)矩,并有一系列監(jiān)控主軸振動、軸承溫升等參數(shù)的傳感器及其檢測控制系統(tǒng)。因此電主軸及驅(qū)動系統(tǒng)是一種技術(shù)含量很高的機電一體化產(chǎn)品,涉及機械、電機、驅(qū)動與控制、支承、潤滑、材料熱處理及振動等諸多領(lǐng)域,是一套相對獨立、完整的智能型功能部件。
二、結(jié)構(gòu)簡圖及工作原理
主軸電動機和機床主軸合為一體的電主軸,通常采用的是交流高頻電動機,也稱為“高頻主軸”(High Frequency Spindle)。圖1所示為電主軸的結(jié)構(gòu)簡圖,其主要特征是將電動機內(nèi)置于主軸內(nèi)部直接驅(qū)動主軸,實現(xiàn)電動機、主軸一體化的功能。電主軸由無外殼電機、主軸、軸承、主軸單元殼體、驅(qū)動模塊和冷卻裝置等組成。電機的轉(zhuǎn)子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支承。電機的定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅(qū)動模塊控制,而主軸單元內(nèi)的溫升由冷卻裝置限制。在主軸的后端裝有測速、測角位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。
工作原理和普通的異步電動機的工作原理一致,改變輸入電動機定子繞組的電流頻率和勵磁電壓獲得各種轉(zhuǎn)速。在加速和制動過程中,通過改變頻率進行加/減速,以免電動機溫升過高。由于電動機旋轉(zhuǎn)磁場的方向取決于輸入定子三相交流電的相序,故改變電主軸輸入電流的相序,便可改變電主軸的旋轉(zhuǎn)方向。...
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