静压气体轴承主轴系统回转误差的控制与补偿

为了提高主轴系统的回转精度,以数控机床静压气体轴承的主轴系统为研究对象,设计以静压气体轴承为主承载元件、主动磁轴承为辅助元件的主轴系统结构。对主轴回转误差的分离进行建模分析,利用主动磁轴承的可控性设计回转误差的控制和补偿方法,并用MATLAB仿真分析该方法对回转误差的补偿结果。结果表明,该主轴系统利用主动磁轴承(AMB)的可控性和静压气体轴承较高的回转精度,由磁轴承作为误差补偿机构,提高了主轴系统的回转精度。     

气体静压轴承与主动磁轴承混合支撑轴系结构设计及静态性能研究

针对由气体静压轴承作为支撑的气浮精密主轴存在承载力相对较小及可控性不高的问题,结合带有周向微通槽的气体静压轴承与基于增量式PID控制的主动磁轴承,设计一款气磁混合支撑主轴。为提高小孔节流气体静压轴承的承载力,将气体静压轴承内表面的稳压室用矩形、三角形、半圆形截面动压微通槽相连通,通过FLUENT仿真分析3种截面动压微通槽对轴承承载能力的影响;以主轴的回转精度为衡量标准,在Matlab Simulink中仿真分析增量式PID控制的主动磁轴承的性能。结果表明:3种截面动压微通槽能有效提高气体静压轴承的承载能力,其中同等条件下矩形截面效果最好,可使轴承的承载力提高54%;基于增量式PID控制的主动磁轴承能够有效提高主轴的稳态响应速度及回转精度,使其在启动40 s后保持0.2μm的回转精度。     

超精气磁轴承混合轴系的研究

提出一种提高轴系回转精度的方法，即气体轴承作为主要承载元件，由磁轴承修正气体轴承的误差和外界干扰的影响，达到超高精度，介绍了试验方案和试验结果。将气体轴承轴系的原有（磁轴承未工作）的径向振摆从0.25um，提高到（磁轴承工作后）0.04um左右。     

磁悬浮电主轴单元径向轴承的磁场分析

介绍了磁悬浮电主轴单元的工作原理,以5.5kW电主轴单元为例,利用ANSYS软件对其径向磁轴承磁场进行了有限元分析.找出其系统磁场分布的变化规律和影响因素.分析表明:在主轴正常悬浮且单边气隙值取0.3±0.004mm,主轴支承处轴颈圆度取0.003mm,径向磁轴承磁极内圈圆度取0.007mm时,磁路磁漏不影响控制系统的性能,主轴实际中心线距理想位置的最大偏移量为0.0025mm,可满足精密机床主轴径向旋转精度性能要求.研究结果为磁悬浮电主轴单元的径向支承结构的优化设计提供了理论依据.     

支承高速电机的混合磁轴承结构参数设计与分析

提出了一种5自由度混合磁轴承支承高速电机系统,由径向2自由度混合磁轴承、径向-轴向3自由度混合磁轴承和高速电机构成.2自由度磁轴承定子采用8极结构,4个是控制磁极,4个是嵌入永磁体的永磁磁极.3自由度混合磁轴承集成了径向和轴向轴承功能,采用径向充磁的环形永磁体提供径向和轴向磁轴承偏置磁场.文中介绍了混合磁轴承的结构和工作原理,导出了磁轴承的数学模型,给出了详细的参数设计方法,最后采用MAXWELL电磁场有限元分析软件对磁轴承的磁路和主轴受力情况进行了分析.理论研究和有限元分析表明:这种5自由度磁轴承系统结构参数设计合理.     

超精密气磁轴承主轴系统的技术发展

介绍了几种用于超精密机床的精密轴承主轴系统,着重介绍了超精密气磁轴承主轴系统的研究水平及在机床中的技术发展。设计了一种用于试验研究且更加有效的超精密气磁轴承主轴系统。     

新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性

研究一种集成转子径向扭转与轴向平动控制功能的新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性,以解决磁轴承系统的轴向尺寸和精度之间的矛盾。采用等效磁路法进行磁轴承的磁路建模,在建立磁极气隙表达式的基础上采用积分型方法进行磁阻计算以提高计算精度,并根据磁路模型给出磁轴承磁力的积分型计算公式,得到轴向磁轴承闭环系统的磁力特性曲线。对某飞轮用磁轴承系统的分析表明:磁轴承磁力与磁极气隙和控制电流间具有良好的线性关系,且各控制通道近似解耦,与典型磁轴承结构相比,利于磁轴承系统控制精度的提高和轴向尺寸的减小,适用于磁悬浮飞轮系统。     

五自由度混合磁轴承结构参数设计与分析

提出一种新型的五自由度混合磁轴承支承高速电机系统,由径向二自由度混合磁轴承、径向-轴向三自由度混合磁轴承和高速电机构成.文中介绍混合磁轴承的结构和工作原理,二自由度混合磁轴承采用轴向充磁的环形永磁体提供偏置磁场,定子采用双片式八极结构,每片定子有四个凸极.三自由混合磁轴承集成径向和轴向磁轴承功能,采用径向充磁的环形永磁体提供径向和轴向偏置磁场.导出磁轴承的数学模型,给出详细的参数设计方法,最后采用Maxwell电磁场有限元分析软件对磁轴承的磁路和主轴受力情况进行分析.理论研究和有限元分析表明,这种五自由度混合磁轴承系统结构参数设计合理.     

永磁偏置径向磁轴承在磁悬浮反作用飞轮系统中的应用

针对现有径向磁轴承结构电励磁磁路耦合的缺陷,设计了一种新型径向永磁偏置混合磁轴承结构,介绍了这种轴承的结构特点和工作原理,并利用等效磁路法和有限元法(FEM)对该永磁偏置径向混合磁轴承进行了电磁分析,得出了磁轴承的数学模型和主要参数的设计结果.研究结果表明:该径向永磁偏置磁轴承可以有效地避免磁路耦合现象,提高磁轴承系统的控制性能.     

粒子群优化的磁轴承自适应反演滑模控制

为实现两自由度主动磁轴承的高精度、强鲁棒控制,提出了一种基于粒子群优化的自适应反演滑模控制器对磁轴承进行控制.利用自适应反演滑模控制器对外部环境干扰进行预估,实现对磁轴承的位移进行精准跟踪和悬浮力的低脉动稳定运行,并且能够有效避免传统滑模的抖振效应.但由于影响控制品质的控制器参数较多,为了提高控制系统的收敛速度与精度,引入粒子群算法来在线优化控制器的参数.仿真结果表明经过整定后的自适应滑模控制器具有良好的动态跟踪性能.     

交叉滚子轴承在数控立式车床主轴中的应用

在数控车床的主轴结构中,回转工作台轴承作为转台的核心部件,在保证其回转精度方面起着至关重要的作用。文中通过对交叉滚子轴承与传统双轴承结构在数控立式车床机床上的应用进行了对比,分析了两种结构在实际使用过程中的利弊,为类似产品的设计及改进提供参考。     

精密离心机结构安装误差对主轴回转精度的影响

针对精密离心机的精度控制,建立了精密离心机结构安装误差对静压气体轴承主轴回转精度影响的定量计算模型,运用该模型开展了多方面结构安装误差参量对主轴回转精度影响规律的研究。研究表明主轴回转误差随转盘与静压气体轴承轴线间偏心量、静压气体轴承轴线铅垂度安装误差和转盘与静压气体轴承轴线安装垂直度误差的增加而增大,其中偏心量和垂直度误差对主轴回转误差的影响较大,铅垂度误差对主轴回转误差的影响较小。研究可为精密离心机的设计提供帮助。     

高速电主轴轴承配合过盈量的计算方法研究

高速电主轴轴承与转轴配合的过盈量大小对主轴的刚度、旋转精度和使用寿命具有十分重要的影响。目前主轴外径的配合公差设计多根据实际经验和厂家推荐数据进行选用,尚缺乏科学定量的设计依据。文中将高速滚动轴承内圈和与之配合的空心主轴分别简化为薄壁圆环和厚壁圆筒,基于弹性力学和动力学理论建立了内圈和主轴的径向位移与旋转角速度之间的关系;并且考虑温升影响,推导得到了高速电主轴轴承内图与转轴配合过盈量的计算公式。     

重型滚齿机主轴静压轴承研磨工装设计

重型数控滚齿机主轴均采用静压轴承结构,静压轴承轴瓦面需要精密加工,并且要保证极高的同轴度公差及表面光洁度,使用公司现有加工设备无法保证加工精度达到设计要求.为此设计了一套手动研磨工装,该工装利用高精度磨削研磨套、研磨剂与轴瓦面之间相对运动实现研磨,来完成轴瓦的精密加工,使用效果良好.     

高速插齿机静压主轴实验设计

根据高速插齿机静压主轴结构,设计出一套实验装置,进行静压支承的承载能力、润滑油压力、油膜厚度以及润滑油流量的测量。通过承载能力及油膜厚度结果,可以推算出支承的油膜刚度,通过实验验证仿真的准确性。     

高速精密陶瓷球轴承与钢质球轴承的性能比较研究

角接触球轴承作为高速主轴的核心部件，其动力学特性对整机的切削性能和加工精度有重要的影响。本文根据Jones的套圈控制理论建立的动静分析法，建立了高速球轴承的拟动力学模型，基于该模型采用定量方法比较研究了陶瓷球轴承与钢质球轴承的性能差异，得到了若干有实用价值的研究结果。     

无心磨床常用主轴轴承分析

对无心磨床的两种砂轮主轴轴承——动压滑动轴承和精密双列短圆柱滚子轴承的性能进行了分析，通过对砂轮主轴的回转精度、轴承刚度、热温升和热平衡时间的对比，得出了滚动轴承宜作为无心磨床的砂轮主轴轴承的结论。     

磁力径向轴承几何中心自检测系统的研究

分析了磁悬浮主轴系统中径向轴承的几何中心与传感器分布中心的误差，以及上述误差对磁悬浮系统控制精度的影响。提出了磁悬浮径向轴承几何中心自检测的思想和自检测原理，以及磁悬浮主轴系统径向轴承几何中心自检测系统的硬件与软件的设计思路。分析和探讨了有关参数对测量精度的影响。     

主动磁轴承电主轴的磨削试验

通过现场磨削试验检验主动磁轴承电主轴的磨削性能。磁轴承控制器是以浮点DSP芯片TMS320C32为核心构建的数字控制系统。针对轴承套圈内圆磨削时主轴转子受力的特点确定了合适的控制器参数,使电主轴静态稳定悬浮并以60kr/min工作转速稳定运转,同频振幅小于8μm,轴承刚度达到22~58MN/m。现场磨削试验表明该磁悬浮电主轴的磨削精度已基本达到要求,精磨磨削效率接近工业应用水平。     

精密数控螺母磨床用小型直驱数控回转工作台设计

采用直驱技术制造回转功能部件目前已经成为国际机床产业的发展趋势,针对目前精密数控螺母磨床用回转工作台多采用蜗轮蜗杆传动,其结构复杂,精度不高,设计了直驱数控回转工作台,包括整体机械结构设计,电动机选型及液压夹紧系统设计.系统采用高精度力矩电动机直接驱动工作台进行运转,通过带集成角度测量系统的推力/向心轴承支承整个工作台面,并且通过液压夹紧装置完成了工作台的夹紧与松开动作.该工作台结构简单紧凑,取消了中间的传动环节,有效的提高了测量精度,为实现精确的自动分度,扩大数控机床加工范围提供了有参考价值的加工手段.