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数控机床电主轴组件动态特性研究

焦石  
【摘要】:电主轴具有结构紧凑、振动小、噪声低、动态精度高、稳定性好等优点,广泛应用于数控机床、加工中心等制造装备中。电主轴的运用提高了加工效率,降低了切削力、改善了工件的表面粗糙度。因此,分析和评价电主轴系统动态特性很有必要。本文的研究内容主要有电主轴临界转速和不平衡响应的计算,径向电磁力对电主轴的作用以及某些参数变化对电主轴动态特性的影响。 本文详细介绍了转子动力学进行动态特性分析的基本理论和建模方法,考虑旋转过程中陀螺力矩的影响,利用集总质量法将电主轴进行离散化建模,应用Riccati传递矩阵法计算了电主轴的无阻尼临界转速,并考虑滚动轴承的阻尼因素,应用增加时间因子的传递矩阵法计算了电主轴有阻尼的临界转速,提高了计算精度,并解决了计算过程中易出现数值溢出和丢根的问题。所用计算程序由VB语言和Matlab语言编写。 电主轴具有主轴-电机—体的特殊结构,电机转子在运转过程中由于偏心产生的径向不平衡磁拉力,相当于增加了转子轴段的质量,引起了临界转速的下降。本文分析了不平衡磁拉力的产生机理,总结了磁拉力的主要特征,利用有限元法提取了电机气隙径向磁密,合成了不平衡磁拉力,并计算了在不平衡磁拉力影响下的电主轴临界转速。 电主轴滚动轴承支承的轴向预紧力、不平衡磁拉力及砂轮组件均不同程度地影响电主轴的动态特性。本文分别研究了以上参数改变对电主轴动态特性的影响程度,有针对性地提出了改善电主轴动态特性的建议,为电主轴的设计和改进提供参考。


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