基于五自由度磁懸浮異步電機數(shù)控機庫高速電主軸的研究.pdf

1、隨著高速加工技術(shù)的廣泛應用和迅速發(fā)展,對高轉(zhuǎn)速、高精度數(shù)控機床電主軸的需求與日俱增,因此迫切需要開發(fā)出更加優(yōu)質(zhì)的高速電主軸。眾所周知,影響電主軸高轉(zhuǎn)速的主要因素就是主軸的支承技術(shù),磁懸浮軸承的問世解決了這一問題。目前實現(xiàn)5個自由度穩(wěn)定懸浮的電主軸一般是由2個徑向磁軸承+1個軸向磁軸承+電機構(gòu)成或是由1個混合磁軸承+1個徑向磁軸承+電機構(gòu)成,這類結(jié)構(gòu)的電主軸雖然實現(xiàn)了5個自由度的懸浮,但其軸向長度過長,影響著電主軸的臨界轉(zhuǎn)速,阻尼剛度等性

2、能,為了解決上述問題,本文采用三自由度混合磁軸承+二自由度磁懸浮異步電機的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)主軸5個自由度的穩(wěn)定懸浮,此結(jié)構(gòu)的電主軸,不僅大大減小了系統(tǒng)的軸向長度,而且還繼承了磁軸承與異步電機的所有優(yōu)點,其結(jié)構(gòu)簡單、氣隙均勻、牢固可靠、便于弱磁調(diào)速,更加有利于實現(xiàn)電主軸系統(tǒng)的超高速運行?；诖?本文設計了五自由度磁懸浮電主軸的實驗樣機以及數(shù)字控制系統(tǒng),主要研究工作如下:
　　 首先,介紹了五自由度磁懸浮電主軸由永磁偏置三自由度混合磁軸承

3、和二自由度磁懸浮異步電機兩部分構(gòu)成,詳細分析了這兩部分的結(jié)構(gòu)及運行機理,并建立了各自的數(shù)學模型,為控制系統(tǒng)的設計奠定了理論基礎。
　　 其次,設計了五自由度磁懸浮電主軸的實驗樣機,使用電磁場分析軟件Ansoft／Maxwell分析了樣機的磁場和懸浮力,針對懸浮力的非線性和耦合性進行了分析,驗證了所設計樣機結(jié)構(gòu)和參數(shù)的合理性,隨后在Matlab／Simulink環(huán)境下構(gòu)建了控制系統(tǒng)的仿真模型,并進行了相關的仿真研究。