【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及高精密數(shù)控機床用內(nèi)裝式永磁同步電主軸設計領域，尤其涉及一種高精密數(shù)控機床用內(nèi)裝式永磁同步電主軸優(yōu)化設計方法。
技術介紹
1、電主軸產(chǎn)品設計水平直接影響電主軸運行品質(zhì)，從而影響數(shù)控加工能力和加工精度。傳統(tǒng)的電主軸結構設計常用軸向定壓預緊或定位預緊，但其都有固有缺陷，無法實時調(diào)節(jié)；常規(guī)的電主軸結構設計無法對徑向外載荷進行實時補償，無法對軸系振動進行主動抑制。電主軸軸系設計的好壞直接影響到主軸結構緊湊度、運行穩(wěn)定性及各項關鍵性能指標，并最終影響數(shù)控加工精度。因此，如何通過主軸系統(tǒng)部件的優(yōu)化設計提高整個軸系的可靠性和穩(wěn)定性一直是國內(nèi)外研究的關鍵技術問題之一。
技術實現(xiàn)思路
1、針對日益增長的電主軸高精度設計需求，為解決上述技術問題，本專利技術提供一種高精密數(shù)控機床用內(nèi)裝式永磁同步電主軸優(yōu)化設計方法，提高電主軸整體結構穩(wěn)定性，實現(xiàn)振動主動抑制。
2、為達到上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、一種高精密數(shù)控機床用內(nèi)裝式永磁同步電主軸優(yōu)化設計方法，包括：設計的高速陶瓷球混合軸承同時優(yōu)化軸承滾動體、軸承內(nèi)圈、軸承外圈及軸承保持架的材料；利用雙作用環(huán)形液壓缸閉環(huán)反饋控制對軸向預載荷進行實時補償；利用壓電陶瓷作為致動器，進行閉環(huán)反饋控制，實時補償徑向外載荷。
4、進一步地，設計的高速陶瓷球混合軸承的軸承滾動體采用維氏硬度大于1700hv的高硬度sin4陶瓷材料，軸承內(nèi)圈材料采用13cr4mo4ni4v合金鋼并且表面滲氮深度大于0.32mm，軸承
5、進一步地，所述利用雙作用環(huán)形液壓缸閉環(huán)反饋控制對軸向預載荷進行實時補償包括：根據(jù)當前運行工況，實時查詢軸向載荷數(shù)據(jù)表，通過環(huán)形力傳感器反饋數(shù)據(jù)，液壓缸兩腔交替進油，不斷調(diào)節(jié)環(huán)形活塞推桿的位置，將液壓推力調(diào)節(jié)到最佳軸向預載荷值。
6、進一步地，所述軸向載荷數(shù)據(jù)表記錄電主軸不同的轉速、轉矩工況下，軸向預載荷與電主軸振動加速度、溫度之間的關系，并給出推薦的最佳軸向預載荷值。
7、進一步地，所述最佳軸向預載荷值通過預實驗的方法獲得，在同一工況下，調(diào)節(jié)不同軸向預載荷值，根據(jù)電主軸振動和溫度變化趨勢得出最佳軸向預載荷值。
8、進一步地，所述利用壓電陶瓷作為致動器，進行閉環(huán)反饋控制，實時補償徑向外載荷包括：實時查詢徑向載荷數(shù)據(jù)表，根據(jù)微型力傳感器反饋數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)壓電陶瓷片電場電壓產(chǎn)生形變力實時補償徑向外載荷，實現(xiàn)對電主軸徑向振動的主動抑制。
9、進一步地，所述徑向載荷數(shù)據(jù)表為在軸向載荷數(shù)據(jù)表的基礎上，加入軸向預載荷變量，制成的多維數(shù)據(jù)表，徑向外載荷補償量與徑向振動的映射關系通過預試驗的方法獲得。
10、本專利技術與現(xiàn)有技術相比的有益效果是：
11、1、傳統(tǒng)軸承部件均采用普通軸承鋼材料，本專利技術同時優(yōu)化軸承滾動體、軸承內(nèi)圈、軸承外圈、軸承保持架材料，設計的高速陶瓷球混合軸承采用維氏硬度大于1700hv的高硬度sin4陶瓷材料作為軸承滾動體，具有重量輕、離心力小、線膨脹系數(shù)小、熱變形小、抗磨損能力增強等優(yōu)點；軸承內(nèi)圈材料采用13cr4mo4ni4v合金鋼并且表面滲氮深度大于0.32mm，軸承外圈材料采用8cr4mo4v合金鋼并且950℃高溫滲碳，可使其極限轉速和可靠性得到明顯提高；軸承保持架在40crnimoa中加入5%鈦元素形成鎳鈦合金材料可提高軸承疲勞壽命，軸承保持架表面鍍銀層厚度大于0.038mm，可提高自潤滑性能，降低磨損并有利于散熱。
12、2、傳統(tǒng)的電主軸結構設計常用軸向定壓預緊或定位預緊，但其都有固有缺陷，無法實時調(diào)節(jié)。當增加軸向預載荷時主軸軸承的動剛度增大，剛度變大有利于提高徑向抗振動能力，但是當增加太多，軸承磨損加劇，軸承的壽命將大幅度降低。當高速弱磁運行時電機效率下降，損耗增大，軸向熱伸長，產(chǎn)生軸向形變，形變導致的軸向位移將間接增大原有的軸向預載荷。本專利技術中的軸向預載荷實時補償設計，可以解決此問題。實際上不同轉速、轉矩工況時最佳軸向預載荷是在不斷變化的，因此最佳軸向預載荷是同時受電主軸轉速、轉矩、振動加速度、軸承溫度多重因素影響的，通過理論計算公式很難求解，通過預試驗的方法制作的軸向載荷數(shù)據(jù)表更貼合實際。
13、3、常規(guī)的電主軸結構設計無法對徑向外載荷進行實時補償，本專利技術提出的電主軸設計方案中，當在壓電陶瓷上施加電場時，陶瓷片會根據(jù)電壓變化變薄或者加厚從而產(chǎn)生形變力，利用壓電陶瓷此特性對徑向外載荷實時補償。徑向載荷數(shù)據(jù)表在軸向載荷數(shù)據(jù)表的基礎上，加入軸向預載荷變量，制成的多維數(shù)據(jù)表，徑向外載荷補償量與徑向振動的映射關系通過預試驗的方法獲得，這樣更客觀的反映真實的對應關系，振動抑制效果更佳。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術保護點】
1.一種高精密數(shù)控機床用內(nèi)裝式永磁同步電主軸優(yōu)化設計方法，其特征在于，包括：設計的高速陶瓷球混合軸承同時優(yōu)化軸承滾動體、軸承內(nèi)圈、軸承外圈及軸承保持架的材料；利用雙作用環(huán)形液壓缸閉環(huán)反饋控制對軸向預載荷進行實時補償；利用壓電陶瓷作為致動器，進行閉環(huán)反饋控制，實時補償徑向外載荷。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高精密數(shù)控機床用內(nèi)裝式永磁同步電主軸優(yōu)化設計方法，其特征在于，設計的高速陶瓷球混合軸承的軸承滾動體采用維氏硬度大于1700HV的高硬度SiN4陶瓷材料，軸承內(nèi)圈材料采用13Cr4Mo4Ni4V合金鋼并且表面滲氮深度大于0.32mm，軸承外圈材料采用8Cr4Mo4V合金鋼并且950℃高溫滲碳，軸承保持架在40CrNiMoA中加入5%鈦元素形成鎳鈦合金材料，并且表面鍍銀層厚度大于0.038mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種高精密數(shù)控機床用內(nèi)裝式永磁同步電主軸優(yōu)化設計方法，其特征在于，所述利用雙作用環(huán)形液壓缸閉環(huán)反饋控制對軸向預載荷進行實時補償包括：根據(jù)當前運行工況，實時查詢軸向載荷數(shù)據(jù)表，通過環(huán)形力傳感器反饋數(shù)據(jù)，液壓缸兩腔交替進油，不斷調(diào)節(jié)環(huán)形活塞推桿的
4.根據(jù)權利要求3所述的一種高精密數(shù)控機床用內(nèi)裝式永磁同步電主軸優(yōu)化設計方法，其特征在于，所述軸向載荷數(shù)據(jù)表記錄電主軸不同的轉速、轉矩工況下，軸向預載荷與電主軸振動加速度、溫度之間的關系，并給出推薦的最佳軸向預載荷值。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種高精密數(shù)控機床用內(nèi)裝式永磁同步電主軸優(yōu)化設計方法，其特征在于，所述最佳軸向預載荷值通過預實驗的方法獲得，在同一工況下，調(diào)節(jié)不同軸向預載荷值，根據(jù)電主軸振動和溫度變化趨勢得出最佳軸向預載荷值。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種高精密數(shù)控機床用內(nèi)裝式永磁同步電主軸優(yōu)化設計方法，其特征在于，所述利用壓電陶瓷作為致動器，進行閉環(huán)反饋控制，實時補償徑向外載荷包括：實時查詢徑向載荷數(shù)據(jù)表，根據(jù)微型力傳感器反饋數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)壓電陶瓷片電場電壓產(chǎn)生形變力實時補償徑向外載荷，實現(xiàn)對電主軸徑向振動的主動抑制。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種高精密數(shù)控機床用內(nèi)裝式永磁同步電主軸優(yōu)化設計方法，其特征在于：所述徑向載荷數(shù)據(jù)表為在軸向載荷數(shù)據(jù)表的基礎上，加入軸向預載荷變量，制成的多維數(shù)據(jù)表，徑向外載荷補償量與徑向振動的映射關系通過預試驗的方法獲得。
...【技術特征摘要】
1.一種高精密數(shù)控機床用內(nèi)裝式永磁同步電主軸優(yōu)化設計方法，其特征在于，包括：設計的高速陶瓷球混合軸承同時優(yōu)化軸承滾動體、軸承內(nèi)圈、軸承外圈及軸承保持架的材料；利用雙作用環(huán)形液壓缸閉環(huán)反饋控制對軸向預載荷進行實時補償；利用壓電陶瓷作為致動器，進行閉環(huán)反饋控制，實時補償徑向外載荷。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高精密數(shù)控機床用內(nèi)裝式永磁同步電主軸優(yōu)化設計方法，其特征在于，設計的高速陶瓷球混合軸承的軸承滾動體采用維氏硬度大于1700hv的高硬度sin4陶瓷材料，軸承內(nèi)圈材料采用13cr4mo4ni4v合金鋼并且表面滲氮深度大于0.32mm，軸承外圈材料采用8cr4mo4v合金鋼并且950℃高溫滲碳，軸承保持架在40crnimoa中加入5%鈦元素形成鎳鈦合金材料，并且表面鍍銀層厚度大于0.038mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種高精密數(shù)控機床用內(nèi)裝式永磁同步電主軸優(yōu)化設計方法，其特征在于，所述利用雙作用環(huán)形液壓缸閉環(huán)反饋控制對軸向預載荷進行實時補償包括：根據(jù)當前運行工況，實時查詢軸向載荷數(shù)據(jù)表，通過環(huán)形力傳感器反饋數(shù)據(jù)，液壓缸兩腔交替進油，不斷調(diào)節(jié)環(huán)形活塞推桿的位置，將液壓推力調(diào)節(jié)到最佳軸向預...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：梁錦華，許海平，周鵬，陳曦，劉舒，原增泉，宮辰，袁志寶，李瑞，
申請(專利權)人：中國科學院電工研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。