高速电主轴热特性分析及试验研究

发布时间：2020-09-16 17:54

　　高速加工技术能够在大量提高产量的同时提高产品的加工质量,降低加工成本,所以在生产行业内得到了很大推广。高速电主轴作为高速加工机床的重要部分具有精度高、体积小、动态响应快、质量小、能量损失低等优点。电主轴直接与刀具相连,电主轴本身的一些特性都会直接影响加工质量,所以研究电主轴的热特性以及热特性引起结构的改变对提高电主轴的寿命、精度以及动态特性等有着重要意义。本课题以ANSYS平台下的Workbench建立有限元模型,以DGZ-60E型高速磨削电主轴为研究对象,利用球轴承热分析软件进行拟静力学和热计算,得到了电主轴中轴承的发热量,然后根据电机和其它热边界条件,以传热学为理论支撑,初步建立电主轴热分析有限元模型,然后考虑电主轴热变形引起的结构的变化对温度的影响,得到了热-结构耦合的温度场。然后分析了电主轴在不同转速、不同冷却水流量以及不同冷却水初始温度的温度场分布的特点。通过主轴轴芯内孔通入冷却空气、采用油气润滑,对电主轴散热进行改进。利用滚动球轴承性能预测软件,对轴承进行静态和动态分析:分析不同温度场对电主轴中轴承寿命的影响,考虑热变形对轴承的动刚度进行修正,分析转速对动刚度的影响。然后基于轴承径向动刚度建立有限元分析模型,对主轴进行模态求解,得到主轴的前4阶固有频率,然后考虑温度修正,计算得到修正后的一阶固有频率。然后对主轴做谐响应分析,求得主轴轴芯下端的动刚度,基于温度对动刚度进行修正。通过增加碟簧对数以及降低碟簧的刚度,实现预紧优化,提高主轴的刚度。针对温度和固有频率等物理量,利用相应装置,设计相应的试验测试平台,搭建DGZ-60E电主轴温升测试试验平台进行温度测试,研究测试在不同转速即热源强度不同、冷却水流量的大小以及冷却水不同初始温度的电主轴关键点的温度,对不同热平衡下的电主轴固有频率测试,分析结果。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TG502.3
【部分图文】：

电主轴

高速电主轴技术研究高速轴承技术润滑技术电机研究失效模式研究轴承运行状态检测高精度陶瓷球轴承匹配性设计热分析技术应用数据库设计分析软件固体润滑技术少量润滑技术最佳润滑方式的设计和优化油气润滑技术研究润滑剂流变特性研究高速电机的应用工况参数优化图 1-1 合作项目内容图本课题主要面向 DGZ-60E 型电主轴，该型号电主轴主要用来进行亚克力板、手机屏幕玻璃雕铣，也可以用来对有色金属进行雕铣。DGZ-60E 主轴如图 1-2 所示，主要的技术参数如表 1-1 所示。通过对 DGZ-60E 型电主轴的返修情况进行统计调查，其三个轴承出现轴承的润滑脂烧干失效等导致支撑轴承损坏，而温度过高是导致润滑脂烧干的直接原因，如图 1-3 所示。

轴承润滑脂

电主轴,公司

内外研究现状主轴国内外的研究现状对电主轴的研究较与国内开展较早，早已确立了很大的领先地量在内圆磨床中被使用，但传递的功率小，转矩小。后来高速切削技术的长足发展，逐渐被人们在高档机床中应用起来。由数控加工广阔的待发展前景以及潜在的相当大经济价值，吸引商积极将理论研究和实际测试结合，推动电主轴功能部件系列化。其中一大批优秀的公司涌现出来。瑞士的 IBAG 公司被世电主轴业界的领导者，而且他们研制的产品很大程度上引领并行业的发展趋势，他们的产品具有高转速、高功率、高扭矩等AG 一款电主轴，最大温升可达 60K。但其它很多公司也具有代Faemat 公司和 Gamfior 公司，瑞士的 Fisher 公司和 Step-TEC 公司司、Okuma 公司和 Fanuc 公司，德国的 GMN 公司、Siemens 公司部分电主轴相关参数见表 1-2。

【参考文献】