基于無軸承異步電機數(shù)控機床高速磁懸浮電主軸的研究.pdf

1、隨著數(shù)控機床技術的迅速發(fā)展,要求其具有高轉(zhuǎn)速、高精度等以滿足機床的高速精密加工。而電主軸作為數(shù)控機床的核心部件,其支承技術將直接影響到數(shù)控機床能否實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、高精度。磁懸浮支承技術是一種新型的支承技術,將其應用到電主軸中,以上問題將得到解決。本文中的磁懸浮電主軸系統(tǒng)是由二自由度無軸承異步電機與三自由度交流主動磁軸承構(gòu)成,此結(jié)構(gòu)充分利用了主軸的軸向長度,并且結(jié)構(gòu)及控制簡單,更加有利于電主軸系統(tǒng)突破大功率和超高速的限制以及實現(xiàn)微型化。將這種

2、新型的五自由度無軸承異步電機高速電主軸系統(tǒng)應用于數(shù)控機床中,具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、無接觸、壽命長、轉(zhuǎn)速高、力矩大等優(yōu)點,且在航空航天、飛輪貯能等超高速驅(qū)動領域均具有很好的應用前景。本文主要圍繞五自由度磁懸浮電主軸系統(tǒng)的動態(tài)特性分析、電主軸系統(tǒng)的實驗樣機設計及有限元分析驗證、對該系統(tǒng)的仿真控制以及數(shù)字控制系統(tǒng)設計。主要工作如下:
　　 首先,本文對兩個典型的磁懸浮電主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立力學模型,運用Riccati傳遞矩陣法計算出這兩種

3、電主軸系統(tǒng)的前五階的臨界轉(zhuǎn)速及振動模態(tài)。通過對比分析,驗證了五自由度無軸承異步電機高速電主軸系統(tǒng)比主動磁懸浮高速電主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,大大提高轉(zhuǎn)子軸向利用率,更能實現(xiàn)高速和超高速運行。
　　 其次,基于動態(tài)特性分析的結(jié)果,本文設計了一套基于無軸承異步電機高速電主軸系統(tǒng)的試驗樣機,并利用Ansoft分別對二自由度無軸承異步電機與三自由度交流主動磁軸承進行了有限元分析,結(jié)果驗證了該實驗樣機的結(jié)構(gòu)參數(shù)設計的合理性。