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高速电主轴是高速数控机床的关键功能部件,电主轴的结构设计、动静态特性在很大程度上决定了高速数控机床的加工质量和切削能力,也是影响其加工精度的重要因素。对电主轴结构的研究和动静态特性的优化,对于进一步提高高速机床的工作性能有十分重要的意义。
本论文结合所研制的SCM-∏型高速电主轴,对电主轴的结构特点、主轴电机、主轴轴承、拉刀系统、润滑、冷却等关键技术进行研究分析,确定了SCM-∏型电主轴的相应结构选型。在此基础上,对电主轴的跨距和悬伸量、轴承的预紧和刚度进行了细致的研究,获得了满足电主轴动静态特性要求的跨距和悬伸量以及轴承预紧量。
利用传递函数法建立了所设计电主轴的数学模型,并采用有限元分析的方法,用ANSYS软件对电主轴进行了较精确的二维建模,仿真,完成了电主轴的动静态特性的研究。具体包括:电主轴的静态刚度分析,模态分析和谐响应特性;研究了电主轴的固有频率、振型和临界转速的关系:分析了在高速状态下,主轴的刚度变化以及主轴前端、后端、轴承所在的四个位置以及主轴转子中部共7个节点位置所发生的最大动态位移。
根据实际工作需要,搭建了用于测试电主轴性能的实验平台。该实验平台可完成对主要影响电主轴性能的转速、回转精度、刚度、抗振性、热稳定性等因素的检测,同时也相应给出了具体的测量方法,便于对所设计电主轴的合理性做出评价。
文章的最后,根据本人在完成整个课题过程中的点滴体会,汇集成本人关于电主轴产业化的一些思路。从电主轴在国内外发展的现状、趋势,到我国电主轴行业产业化所面临的问题,对企业、政府、科研机构提出了一些建议,借此希望能对我国电主轴行业的产业化做出一些工作。