數控機床高速電主軸結構分析及應用
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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、轉子直接裝入主軸組件內部，也被稱為內裝式電主軸，其間不再使用皮帶或齒輪傳動副，從而實現機床主軸系統的“零傳動”其具有結構緊湊、重量輕、慣性小、動態特性好等優點，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用。作為數控機床的核心功能部件，高速電主軸動態性能的好壞直接關系到機床的加工精度和可靠性，因此在設計時對其進行詳細的動態特性研究具有重要的意義。機械系統運動部件的動力學特性研究，主要通過對運動部件進行模態分析來實現。它主要研究結構或部件的振動特性(固有頻率和主振型)，為動力學分析中的瞬態動力學分析、諧響應分析、譜分析提供基本的分析數據。通過動力學分析可以判斷出電主軸轉速是否合理，結構中有無薄弱環節，并對其進行優化設計，使零部件滿足機床對加工質量和加工精度的要求。
1 電主軸動力學特性的評價指標
機械設計中，提高機械結構的抗振能力，是適應當前機器向高質量、高速度、高效率、低成本和低噪聲發
一、高速電主軸的特點
高速運轉的電主軸的主軸形式是將主軸電機的定子、轉子直接裝入主軸組件的內部,即把高速電機置于精密主軸內部,電主軸的電機轉子就是主軸,主軸的殼體就是電機的機座,實現了變頻調速電機和主軸一體,電機直接驅動主軸,形成電主軸。電主軸取消了電機到主軸傳動鏈中的齒輪、皮帶等一切中間環節,動力源對主軸的直接傳動,傳動鏈長度為零,實現了機床主軸系統的“零傳動”。它具有高轉速、高精密、噪聲低、低溫升、體積小、安裝方便等特點,是現代高檔數控機床主要的關鍵部件。它與早年應用于內圓磨床的內裝式電機主軸的區別是采用了變頻調速技術,主軸有較大的驅動功率和轉矩,并有一系列監控主軸振動、軸承溫升等參數的傳感器及其檢測控制系統。因此電主軸及驅動系統是一種技術含量很高的機電一體化產品,涉及機械、電機、驅動與控制、支承、潤滑、材料熱處理及振動等諸多領域,是一套相對獨立、完整的智能型功能部件。
二、結構簡圖及工作原理
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所示為電主軸的結構簡圖,其主要特征是將電動機內置于主軸內部直接驅動主軸,實現電動機、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、驅動模塊和冷卻裝置等組成。電機的轉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動模塊控制,而主軸單元內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方向。...
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