基于無(wú)軸承異步電機(jī)數(shù)控機(jī)床高速磁懸浮電主軸的研究.pdf

1、隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)的迅速發(fā)展,要求其具有高轉(zhuǎn)速、高精度等以滿足機(jī)床的高速精密加工。而電主軸作為數(shù)控機(jī)床的核心部件,其支承技術(shù)將直接影響到數(shù)控機(jī)床能否實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、高精度。磁懸浮支承技術(shù)是一種新型的支承技術(shù),將其應(yīng)用到電主軸中,以上問(wèn)題將得到解決。本文中的磁懸浮電主軸系統(tǒng)是由二自由度無(wú)軸承異步電機(jī)與三自由度交流主動(dòng)磁軸承構(gòu)成,此結(jié)構(gòu)充分利用了主軸的軸向長(zhǎng)度,并且結(jié)構(gòu)及控制簡(jiǎn)單,更加有利于電主軸系統(tǒng)突破大功率和超高速的限制以及實(shí)現(xiàn)微型化。將這種

2、新型的五自由度無(wú)軸承異步電機(jī)高速電主軸系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中,具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)接觸、壽命長(zhǎng)、轉(zhuǎn)速高、力矩大等優(yōu)點(diǎn),且在航空航天、飛輪貯能等超高速驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域均具有很好的應(yīng)用前景。本文主要圍繞五自由度磁懸浮電主軸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析、電主軸系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)設(shè)計(jì)及有限元分析驗(yàn)證、對(duì)該系統(tǒng)的仿真控制以及數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要工作如下:
　　 首先,本文對(duì)兩個(gè)典型的磁懸浮電主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立力學(xué)模型,運(yùn)用Riccati傳遞矩陣法計(jì)算出這兩種

3、電主軸系統(tǒng)的前五階的臨界轉(zhuǎn)速及振動(dòng)模態(tài)。通過(guò)對(duì)比分析,驗(yàn)證了五自由度無(wú)軸承異步電機(jī)高速電主軸系統(tǒng)比主動(dòng)磁懸浮高速電主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊,大大提高轉(zhuǎn)子軸向利用率,更能實(shí)現(xiàn)高速和超高速運(yùn)行。
　　 其次,基于動(dòng)態(tài)特性分析的結(jié)果,本文設(shè)計(jì)了一套基于無(wú)軸承異步電機(jī)高速電主軸系統(tǒng)的試驗(yàn)樣機(jī),并利用Ansoft分別對(duì)二自由度無(wú)軸承異步電機(jī)與三自由度交流主動(dòng)磁軸承進(jìn)行了有限元分析,結(jié)果驗(yàn)證了該實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性。