高速立式加工中心電主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與特性分析.pdf

1、隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為適應(yīng)快速變化的市場(chǎng)和顧客化的產(chǎn)品需求，高速切削以其能夠大幅度提高生產(chǎn)效率，改善表面加工質(zhì)量，縮短生產(chǎn)時(shí)間，降低生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)成為制造業(yè)的重要發(fā)展方向。高速數(shù)控機(jī)床已成為制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向之一。高速電主軸的性能優(yōu)劣直接決定著高速數(shù)控機(jī)床的工作性能。因此，研究電主軸的特性，對(duì)高速高精度數(shù)控機(jī)床工作性能的提高有著重大的意義。
　　 電主軸電機(jī)內(nèi)置的結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)了零傳動(dòng)的同時(shí)，也增加了電主軸的質(zhì)量。在較高的轉(zhuǎn)速

2、下，電主軸產(chǎn)生較大的離心力與陀螺力矩，嚴(yán)重影響了電主軸的動(dòng)態(tài)特性。高速加工過程中電主軸熱量的積累，使電主軸產(chǎn)生熱變形，降低了加工精度。因此，電主軸動(dòng)靜態(tài)特性與熱態(tài)特性的研究是電主軸技術(shù)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　 本文以DVG850高速立式加工中心電主軸為研究對(duì)象，通過對(duì)電主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析，在有限元軟件Ansys中完成了電主軸靜動(dòng)態(tài)特性以及熱態(tài)特性的有限元分析，并通過溫升實(shí)驗(yàn)與振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)對(duì)理論分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。具體的工作如下：

3、
　　 (1)根據(jù)DVG850高速立式加工中心電主軸的基本參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)的要求，確定電機(jī)型號(hào)、軸承類型以及冷卻系統(tǒng)等關(guān)鍵部件。合理選擇支撐跨距與懸伸量，使其滿足靜態(tài)特性要求，完成電主軸基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
　　 (2)利用Pro/E軟件，建立了電主軸主要零部件的三維模型，并完成了電主軸的裝配。
　　 (3)通過對(duì)電主軸結(jié)構(gòu)的分析，在有限元軟件Ansys中建立靜態(tài)特性有限元模型，對(duì)電主軸的靜態(tài)特性進(jìn)行分析，計(jì)算并驗(yàn)證了

4、電主軸的剛度。
　　 (4)分析影響電主軸動(dòng)態(tài)特性的主要原因，在Ansys軟件中建立動(dòng)態(tài)特性的有限元模型，求出電主軸的六階固有頻率與振型，并計(jì)算出電主軸的臨界轉(zhuǎn)速。
　　 (5)分析了電主軸的兩大熱源，根據(jù)熱力學(xué)原理與熱量計(jì)算公式計(jì)算了電主軸電機(jī)與前后軸承兩大部分的生熱量與相關(guān)傳熱系數(shù)。在Ansys軟件中分析了電主軸的熱態(tài)特性，得到了電主軸的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)，并提出為降低電主軸溫升，應(yīng)對(duì)其溫升進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制的方法。