加工中心高速内装式电机主轴单元的研究

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1、摘要捅裴本文论述了高速主轴发展的国内外形势，通过对国外著名加工中心主机生产厂及主轴专业生产厂技术数据的比较和分析，提出我国目前在高速主轴领域存在的问题，及研制加工中心高速电主轴单元的必要性和紧迫性，确定高速主轴的结构型式为非接触驱动的电主轴结构型式，并确定主要的规格参数为：最高转速：20000r／min电机最大输出功率22kw电机最大输出扭矩118N．m主轴回转精度≤O．0015mm本文对20000rpm2口工中心电主轴的研制过程做了详细阐述，通过详细的理论计算确定高速电主轴单元钓关键技术参数，如主轴前轴承直径，合适的悬伸量；用试算法试算出合理的支承跨距；利用经验公式估算主轴的径

2、向刚度；用有限元法分析了影响高速主轴正常运行的两个关键性问题，固有频率和热伸长。在结构设计中，设计恒温油强制冷却结构，减小热伸长对被加工零件精度的影响。运用平衡理论分析了高速主轴的动平衡精度和有效的动平衡方法，在结构设计中设计了旋转组件的动平衡和整机驱动的在线二次动平衡位置，完成详细结构设计。经过样品试制，及在试验台上的主轴温升、主轴空运转噪声、主轴单元的径向和轴向静刚度、主轴在不同转速下运转的振动量、主轴动刚度等性能试验，对所研制的高速电主轴单元进行了验证，最后完成在主机上的应用。本项目全面完成了课题提出的各项要求，成功地为加工中心性能、质量和水平的提高提供了可靠的技术保证，促

3、进了国产数控机床技术进步。其主要技术指标达到了国内领先水平，并达到了国外同类产品的先进水平。关键词加工中心；高速电主轴AbstractThiSpaperdescribesthesituationofhigh—speedspindlesdevelopment，analysesthetechnologydataofforeighfamousmachinetoolmanufactoryandspindlespecialityplant，andbringsforwardthequestionsinhigh—speedspindleyield．Itisimportanttostudythe

4、high—speedspindleinourcountry．Atlast．thestructureofhigh—speedspindlesiSdetermined，thatiSnon—contactdrivingmotorizedspindlestructure．ThespecificationofthespindleisaSfollows：Maximumspeed：20000r／minMaximumoutputpower：22kWMaximumoutputtorque：118N．mRunningaccuracy：≤0．0015mmThispaperstatestheproces

5、sofdevelopingthe20000rpmmotorizedspindleusedformachingcenter，desighsthekeytechnologydatasuchaSfrontbearingdiameter，propersuspendvaluebyaparticularcaculation，caculatethepropersupportingspanbytrial—caculation：estimatethestaticrigidityofthespindlebyusingtheexperimentformula．Analysestwokeyquestio

6、ns～一InherenceFrequencyandHeatdisplacement，whichaffectthehigh—speedspindlewellrunning．Inthedetailstructuredesign，wedesignthecoolingstructures，inwhichthe0i1iScontrolledbyusingoil—temperaturecontroller，inordertoreducetheinfluenceofmanufactureprecision．Thebalancetheoryisusedtoanalysisthebalancepr

7、ecisionandmethodofhigh—speedspindle，anddesighthebalancepositionfortherotatarypartanddo—fieldbalanceofthewholespindle．AfterthesamplespindleiStrial—manufactrued，wedotheperformancetestonthetesttablesuchasthetemperaturerise、thesound、theradicaland