高速全支承气体静压电主轴的承载特性研究

【摘要】：气体静压电主轴是集精密、高速加工性能于一体的先进机床核心部件,是先进制造技术中的一个主要发展方向。承载能力和刚度是衡量机床主轴性能的重要指标,对加工水平起决定作用。而气体静压电主轴技术关键在于轴承及其支承的主轴系统。本课题基于专利产品——高速“全支承”气体静压电主轴,对其静态承载特性进行了深入的理论计算和试验研究。 从气体静压轴承分析入手,围绕“全支承”气体静压电主轴专利产品,综合分析研究气体静压轴系的承载特性。依据气体润滑理论,建立了环面节流气体静压轴承数学模型。利用通用有限元软件Marc中的滑动轴承模块,结合气体静压润滑问题的有限元理论分析方法,对该模块进行二次开发,求得气体静压轴承的静态特性。讨论轴承结构及供气参数对其静态性能的影响,并进行参数优选和设计。 基于气体静压轴承的承载性能,进行主轴轴系数学建模,建立有限元分析模型,借助ANSYS求解其承载特性,研究分析“全支承”结构的承载机理,分析不同轴承布置和轴承数目对电主轴承载特性的影响,通过数值计算得出提高气体静压电主轴承载特性的结论。 为验证理论研究结果的正确性,对实际产品样机进行了相关试验,试验中采用简单易行的悬挂重物法对“全支承”气体静压电主轴的承载能力进行测量,拟合出电主轴的承载能力和静刚度曲线,对比验证上述理论结果,并分析误差产生的原因。