论文部分内容阅读
高速加工技术是一项非常有前景的技术,因为它能快速提高生产效率、缩短产品生命周期、降低生产成本,是现代制造业高速、高效、高精度发展的必然趋势。大力发展高速电主轴技术是高速加工技术广泛应用的战略要求。高速电主轴是将机床主轴功能和电动机功能从结构上融为一体的新型机床主轴功能部件,综合了高速轴承技术、高速电动机技术、变频调速技术及冷却润滑技术等关键技术,是一种高度机电一体化的高科技集成产品。作为高速高性能机床的关键部件,高速电主轴的性能直接决定了高速高性能机床的整体加工水平,因此迫切需要对高速电主轴的性能进行研究。 高速电主轴系统是一个复杂的机电系统,本文基于滚动轴承分析、转子动力学、有限元分析、机电分析动力学、频谱分析等基本理论对电主轴系统进行了动态分析,主要研究工作如下: 由于支承高速电主轴的角接触球轴承的动态性能对主轴系统的动态性能有较大影响,因此,基于轴承拟动力学分析和滚道控制理论建立了高速角接触球轴承动态性能分析模型,编制了相应的计算程序,采用牛顿——拉夫逊法对轴承基本方程组进行求解可以得到不同工况下轴承的实际接触角、接触载荷、接触变形、轴承刚度等动态参数。 基于有限元法对高速电主轴进行动力学分析,建立了电主轴的动力学性能分析模型,利用该模型可以研究轴承位置、轴承结构尺寸、预加载荷、外载荷等对电主轴临界转速、不平衡响应等动态特性的影响;因为高速电主轴对不平衡质量非常敏感,高速旋转时微小的不平衡量也可能引起较大的振动,所以对高速电主轴的各种偏心状态下的不平衡激励力进行了研究,从而可以研究不同偏心情况下的不平衡响应。 对最高转速为60000r/min的120MD60Y6型高速电主轴进行了自由模态实验,根据实验数据提取得到其模态参数,实验验证了本文所建轴承-转子系统动力学模型。对最高转速为15000r/min的170MD15Y20型电主轴进行了振动实验,利用频谱分析发现该电主轴存在不对中故障,为故障预测、诊断和决策干预提供了基础。