数控机床主轴单元预紧力自动调控技术研究

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1、硕士研究生学位论文摘要I摘要高速、超高速加工技术拥有众多优点，它的成功应用产生了巨大的经济和社会效益。性能优良的高档数控机床是高速加工技术发展及应用的必要条件。高速电主轴是集高速电机驱动与控制技术、精密轴承技术、精密电主轴的润滑与冷却技术、高速主轴轴承预紧技术、精密加工和精密装配技术、高速主轴动平衡技术等众多关键技术于一体的高新技术产品，它是数控机床的核心功能部件，为实现电主轴的高性能，轴承预紧技术必不可少。主轴的动态性能受预紧力的影响显著，如果轴承的预紧力能随主轴不同工况的变化而变化，不仅可以获得高性能

2、的电主轴，而且还能大幅度延长轴承的寿命。预紧能够有效提高轴系的刚度，降低轴系振动和温升，进而最大限度的发挥轴系的潜力。定位预紧和定压预紧远不能满足现代化加工的需求，为此，本文以磨削电主轴为研究对象，围绕轴承预紧力自动化调节技术，展开如下研究：（1）作为影响主轴性能的关键因素，预紧力对轴系的影响最终表现为运转时的温升、轴承的刚度、振动及寿命，即轴系的刚性及热稳定性能。本文对不同转速下防止陀螺滑动的最小预紧载荷进行了计算，以刚度和温升为研究目标分别研究了预紧力对轴系性能的影响。（2）设计相应的实验装置，研究了

3、压电陶瓷驱动器的静态特性、温度特性、蠕变特性、不同载荷下输出特性、迟滞特性。在开环状态下，使用Excel软件的回归分析计算功能，得出不同载荷下压电陶瓷输出力与电压拟合关系式。（3）本文根据压电陶瓷的自身性能，使用压电陶瓷作为轴承预紧力的施力部件，设计相应的预紧装置并进行相关实验的研究。具体包括：预紧装置的设计、实验仪器的选择、实验平台的搭建、不同轴承预紧力和主轴转速下主轴振动和轴承温升的相关实验，确定了轴承预紧力对其影响规律并得出相应的关系曲线。通过本文的研究，确定了以刚度和温升为目标研究了预紧力对轴系性

4、能的影响；开环状态下，拟合出不同载荷下压电陶瓷输出力与电压的非线性曲线关系，从而根据压电陶瓷驱动器输入电压及外加载荷的大小即可获得其输出力的大小；设计相应压电陶瓷轴承预紧装置并进行相关实验研究，根据实验所拟合的关系式进行压电陶瓷输入电压的调节所需预紧力，得出轴承预紧力、转速与温升和振动的关系式，建立了预紧力自动调控的数学模型，实现了主轴轴承预紧力的自动调节。关键词：电主轴；轴承预紧力；压电陶瓷；自动调节；温升；振动II摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractWitht

5、hesuccessfulapplicationofhighspeedandultra-highspeedmachiningtechnology,hugeeconomicandsocialbenefithavebeenproducedbecauseofitsmanyadvantages.Agoodperformanceofhigh-gradeCNCmachinetoolsisthepremiseofdevelopmentandapplicationofhighspeedmachiningtechnology

6、.High-speedmotorizedspindleisthecorepartoftheNCmachinetool,whichinvlovesmanytechnologiessuchashighspeedmotordriveandcontroltechnology,precisionbearingtechnology,precisionmotorizedspindlebearinglubricationandcoolingtechnology,high-speedspindlebearingpreloa

7、dtechnology,precisionmachiningandprecisionassemblytechnologyandhigh-speedspindledynamicbalancingtechnology.Thebearingpreloadtechnologyisnecessaryforhighperformanceofmotorizedspindle.Thepreloadhasimportantinfluencesondynamicperformanceofspindleunit.Ifthebe

8、aringpreloadcanchangedependingonthedifferentconditions,highdynamicperformanceofthespindleunitcanbeobtained,andtheservicelifeofthebearingcanbegreatlyextended.Preloadcaneffectivelyimprovethestiffnessofshaftsystemandre