主轴位置控制系统设计.docx

主轴位置控制系统设计 1前言 1.1高速电主轴概述 高速电主轴是高速机床的核心部件,它将机床主轴与异步电动机合二为一,即将电动机的定子、转子直接装入主轴壳体内部,也被称为内装式电主轴，无皮带或齿轮传动副,能够实现机床主轴系统的零传动，其结构紧凑、质量轻、惯性小、动态特性好,并提高了机床运动时的平衡性,降低了振动和噪声,在超高速机床中应用较广 1.1.1电主轴的主要特点 （1）电主轴系统减少了高精密齿轮等传动零件，消除了传动误差； （2）电主轴易于实现高速化,动态精度和稳定性较好,可以实现数控机床的高速切削和精密加工 （3）电动机可以采用交流变频调速和矢量控制的方法，提高其输出功率 （4）电主轴可以通过其轴承的控制系统实现主轴的精确定位和调整： （5),电主轴工作时，运行平稳，外界冲击小,主轴轴承所承受的动负荷较小,提高了其精度，延长了其寿命 1.1.2电主轴的关键技术 在电主轴的结构设计中,良好的电机性能、合理的轴承选配、良好的冷却系统、以及主轴各零件的配合关系都是设计电主轴的关键。

主轴电机设计决定了主轴的最大功率和力矩, 以及电主轴的性能，合理选择电机类型，设计电机的电磁参数，使电机单位体积下的功率密度更高, 体积和转动惯量相对较小 为满足高速高刚度的轴承的需要,对轴承的选择和设计非常关键，因为电主轴的最高转速取决于轴承的大小布置和润滑方法, 所以轴承必须具备高速性能好动态负荷承载力高润滑性能好发热量小等特点目前应用较广的主要有陶瓷轴承、磁悬浮轴承和动静压轴承，磁悬浮轴承是一种新型智能化轴承，具备了一系列其它轴承所无法比拟的优点，受到了越来越多的人的关注 主轴各个零件之间过盈配合量应合理确定要实现高速切削,主轴应当拥有良好的运转精度,其零部件需拥有很好的加工精度、表面质量以及良好的装配精度为了实现主轴系统精确的动平衡,电机转子与主轴之间采用过盈联接,使主轴具备足够传递扭矩的能力 1.1.3电主轴技术的发展趋势 (1) 继续向高速度、高刚度方向发展随着主轴轴承技术、控制系统技术、精密超精密加工技术以及润滑和冷却技术等技术的发展,机床用电主轴实现高速化是目前发展的趋势 (2) 向快速启、停方向发展为缩短辅助时间,提高效率,要求数控机床电主轴的启、停时间越短越好,因此需要很高的启动和停机加(减)速度。

(3) 轴承及其润滑方式多样化除常规的钢制滚动轴承外,近年来陶瓷球混合轴承、磁力轴承和动静压轴承得到广泛应用油气润滑由于清洁无污染，在今年来也受到了设计者广泛的亲睐 1前言 1.1高速电主轴概述 高速电主轴是高速机床的核心部件,它将机床主轴与异步电动机合二为一,即将电动机的定子、转子直接装入主轴壳体内部,也被称为内装式电主轴，无皮带或齿轮传动副,能够实现机床主轴系统的零传动，其结构紧凑、质量轻、惯性小、动态特性好,并提高了机床运动时的平衡性,降低了振动和噪声,在超高速机床中应用较广 1.1.1电主轴的主要特点 （1）电主轴系统减少了高精密齿轮等传动零件，消除了传动误差； （2）电主轴易于实现高速化,动态精度和稳定性较好,可以实现数控机床的高速切削和精密加工 （3）电动机可以采用交流变频调速和矢量控制的方法，提高其输出功率 （4）电主轴可以通过其轴承的控制系统实现主轴的精确定位和调整： （5),电主轴工作时，运行平稳，外界冲击小,主轴轴承所承受的动负荷较小,提高了其精度，延长了其寿命 1.1.2电主轴的关键技术 在电主轴的结构设计中,良好的电机性能、合理的轴承选配、良好的冷却系统、以及主轴各零件的配合关系都是设计电主轴的关键。

主轴电机设计决定了主轴的最大功率和力矩, 以及电主轴的性能，合理选择电机类型，设计电机的电磁参数，使电机单位体积下的功率密度更高, 体积和转动惯量相对较小 为满足高速高刚度的轴承的需要,对轴承的选择和设计非常关键，因为电主轴的最高转速取决于轴承的大小布置和润滑方法, 所以轴承必须具备高速性能好动态负荷承载力高润滑性能好发热量小等特点目前应用较广的主要有陶瓷轴承、磁悬浮轴承和动静压轴承，磁悬浮轴承是一种新型智能化轴承，具备了一系列其它轴承所无法比拟的优点，受到了越来越多的人的关注 主轴各个零件之间过盈配合量应合理确定要实现高速切削,主轴应当拥有良好的运转精度,其零部件需拥有很好的加工精度、表面质量以及良好的装配精度为了实现主轴系统精确的动平衡,电机转子与主轴之间采用过盈联接,使主轴具备足够传递扭矩的能力 1.1.3电主轴技术的发展趋势 (1) 继续向高速度、高刚度方向发展随着主轴轴承技术、控制系统技术、精密超精密加工技术以及润滑和冷却技术等技术的发展,机床用电主轴实现高速化是目前发展的趋势 (2) 向快速启、停方向发展为缩短辅助时间,提高效率,要求数控机床电主轴的启、停时间越短越好,因此需要很高的启动和停机加(减)速度。

(3) 轴承及其润滑方式多样化除常规的钢制滚动轴承外,近年来陶瓷球混合轴承、磁力轴承和动静压轴承得到广泛应用油气润滑由于清洁无污染，在今年来也受到了设计者广泛的亲睐。