数控机床高速电主轴结构分析及应用
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- 08060415-高速电主轴论文高速电主轴是高速机床的核心部件，它将机床主轴与变频电动机轴合二为一，即将主轴电动机的定子、转子直接装入主轴组件内部，也被称为内装式电主轴，其间不再使用皮带或齿轮传动副，从而实现机床主轴系统的“零传动”其具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点，并改善了机床的动平衡，避免了振动和噪声，在超高速机床中得到广泛应用。作为数控机床的核心功能部件，高速电主轴动态性能的好坏直接关系到机床的加工精度和可靠性，因此在设计时对其进行详细的动态特性研究具有重要的意义。机械系统运动部件的动力学特性研究，主要通过对运动部件进行模态分析来实现。它主要研究结构或部件的振动特性(固有频率和主振型)，为动力学分析中的瞬态动力学分析、谐响应分析、谱分析提供基本的分析数据。通过动力学分析可以判断出电主轴转速是否合理，结构中有无薄弱环节，并对其进行优化设计，使零部件满足机床对加工质量和加工精度的要求。
1 电主轴动力学特性的评价指标
机械设计中，提高机械结构的抗振能力，是适应当前机器向高质量、高速度、高效率、低成本和低噪声发
一、高速电主轴的特点
高速运转的电主轴的主轴形式是将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件的内部,即把高速电机置于精密主轴内部,电主轴的电机转子就是主轴,主轴的壳体就是电机的机座,实现了变频调速电机和主轴一体,电机直接驱动主轴,形成电主轴。电主轴取消了电机到主轴传动链中的齿轮、皮带等一切中间环节,动力源对主轴的直接传动,传动链长度为零,实现了机床主轴系统的“零传动”。它具有高转速、高精密、噪声低、低温升、体积小、安装方便等特点,是现代高档数控机床主要的关键部件。它与早年应用于内圆磨床的内装式电机主轴的区别是采用了变频调速技术,主轴有较大的驱动功率和转矩,并有一系列监控主轴振动、轴承温升等参数的传感器及其检测控制系统。因此电主轴及驱动系统是一种技术含量很高的机电一体化产品,涉及机械、电机、驱动与控制、支承、润滑、材料热处理及振动等诸多领域,是一套相对独立、完整的智能型功能部件。
二、结构简图及工作原理
主轴电动机和机床主轴合为一体的电主轴,通常采用的是交流高频电动机,也称为“高频主轴”(High Frequency Spindle)。图1所示为电主轴的结构简图,其主要特征是将电动机内置于主轴内部直接驱动主轴,实现电动机、主轴一体化的功能。电主轴由无外壳电机、主轴、轴承、主轴单元壳体、驱动模块和冷却装置等组成。电机的转子采用压配方法与主轴做成一体，主轴则由前后轴承支承。电机的定子通过冷却套安装于主轴单元的壳体中。主轴的变速由主轴驱动模块控制,而主轴单元内的温升由冷却装置限制。在主轴的后端装有测速、测角位移传感器，前端的内锥孔和端面用于安装刀具。
工作原理和普通的异步电动机的工作原理一致,改变输入电动机定子绕组的电流频率和励磁电压获得各种转速。在加速和制动过程中,通过改变频率进行加/减速,以免电动机温升过高。由于电动机旋转磁场的方向取决于输入定子三相交流电的相序,故改变电主轴输入电流的相序,便可改变电主轴的旋转方向。...
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