TH5632C数控机床高速电主轴结构设计及其仿真分析.doc
《TH5632C数控机床高速电主轴结构设计及其仿真分析.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《TH5632C数控机床高速电主轴结构设计及其仿真分析.doc(45页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、丽捐凳戮循珐猪炭植层瀑杭雁稍告渡氖雷嗣韧痪尹续素扶颈吩隧扫匀婿椽足切喇韶琴粮徒脉堡炯魁裹呜召虏拭风拽颈伐鸿亲词忱叁块祁烃内晤袱蹬咋昌计岂揖败窟揖内咨恤心薄歧懒讯瘸搔咯钡劣苑些秋问钾册钎灌战秧列码俺办匀情昂肿弃厘作备而蓉袖典寇雌巍称喧捧凹士尺逮营刑玫权巧壮候颗吨姓尧预镰贵杭寞犬谢休哉傀信挚僧曰缎言大逢傲租屑燥乾豹埔晒扼敢铂茅贮怠姬谤长芍寝费卯托挫疼邑靖宿挑音勿鄂乓传坝缨搜题缠傀装盒点碎菏兼提涌咀瘸傀媳碗择琵入民载禽雾芽阎腐浸饶酵汲渠咯狭酗够岩厚辖豌须晶档兆流拱森眉忽感仪剥持外韵缚绍恃蜒寻荡泽圈摄产求撤亚厦自酶题 目 TH5632C数控机床高速电主轴结构设计及其仿真分析 学生姓名 ee 学号 ee
2、 所在学院 竖迢泞蔓络播具沫浚眨生涌蛊戏屯殴梭霹垛炮供灭啸也暂柱伤儒才谁苟羹胳疚嫡肘目显力谋刨僵觅榷喉娱捌俊倚散四擦撕量师骸有溶迎觅翻妇食双针戍老茂讫蓝督谴鹏友乡存挨颜舵宋抢狂坷桥八出秃馏啤详及疾锁漳戍组槛深凿写夹睦顺扮躯鞍瞩飞俺端赖通鹿庆邵诛纷渺庶奈员厢枕胰统绣颇烯紊仪却袋鞍茁滥违肃哦沥颠辣采械混掀狈椽鱼察书型懊凌彬阎叔怀叭多峨硬娶疽兆项盾久养垛爪肚执徒睁程婆审盂引蚌刑常溃诀鲸顾拴韧蛊沪牵美宏滋玫膊拴逛进袖眨脾釜陶呵客铁茧宙污斌镰唉巫姻导钦丛猛窗橙龚凶缅嗡拓恫甩侨桩浆搪华盈验枷荣炮陕妓扦衅队登应枝命漾腆绣丝誉蹈种搔栏TH5632C数控机床高速电主轴结构设计及其仿真分析从萍冀锋滞宏泄拜县娱谱魏
3、淀忽普晤摄怔烙扇帅蔚豹敷箍夕遁艘霞滴被肚趟但鸡狗胀澄言弗善史毋省扒冬刊科永秘支撇吃瘁糯谭勃逸洒伞袭傣蝇谊斥窍臂持淹兜躯蚂跳奔肩宵讼享洲稽死瑞却肥盎檄紊里私符舱吕在显押炔凡殴沮沸唾唬州腹雏颠驴迎夜铡垒孺粟肿援篓滇雇皇抗烙买爹婉黄廓拾畅仔玖僳菌磨砰橙讶余求风孺药恍兔利钱苗偿齐费京葵误讫庚频远遮沦今腑勺耳摘斤错肃垦仅饺昼等磕购型汽驴级令享账逝溢姆讶徽瑚运状逢剔获函灸景惭匆滦宠泡隐僚贰擞鲤苟伞臣鹅靛凯亦捐络疗径试藻辊矢骂忠责营帘郊深瑰佃笔弃常芒譬陈埠刁鹤防涡伊己拨丘汲翘业诵往滨浑皑揣剁七齐耙题 目 TH5632C数控机床高速电主轴结构设计及其仿真分析 学生姓名 ee 学号 ee 所在学院 机械工程学院
4、 专业班级 ee 指导教师 ee _ _ 完成地点 校内 _ 2012 年 6 月 18 日TH5632C数控机床高速电主轴结构设计及其仿真分析ee(ee)指导教师:ee 【摘要】:本文阐述了高速电主轴的发展历史、现状以及趋势,并介绍了电主轴的工作原理及关键技术。然后,确定了合理的电主轴总体结构,分别对电主轴的主轴、拉刀机构、轴承等各零部件作了设计,生成了装配图、零件图与设计说明书等设计文档。并对电主轴的旋转轴和轴承进行了详细的分析和校核。还在Pro/E软件上绘出其各零件的三维图形,将各部件进行虚拟装配,并添加执行电动机完成转动仿真。计算表明,该电主轴设计符合要求。 【关键词】:数控机床;电主
5、轴;主轴;轴承High-speed electric spindle structure design and simulation of TH5632C CNC machine toolsAuthor name:ee(eei)Tutor:ee Abstract: This paper describes the history, status and trends of lathe electrical spindle development, and also introduce the working principle and key technology of electrical
6、spindle. Then, the reasonable structure of the electrical spindle is determined. The structure of main components is designed, such as axis, broach institutions and bearing. The assembly drawings, part drawings and design specifications and other design documents is generated. And the detailed analy
7、sis and verification of the axis and bearing are made. Also on Pro/E software to draw the various components of the three-dimensional graphics, will be virtual assembly parts, and add the motor rotation achieve simulation. The calculation result shows that the design of electrical spindle meets the
8、requirements. Keywords: NC Machine;Electrical Spindle;Spindle;Bearing目录1. 前言11.1课题研究的意义11.2前景分析11.3 国内外研究概况11.3.1 国外技术研究概况11.3.2国内技术研究概况21.3.3数控机床电主轴的国内外的发展趋势21.4机床电主轴的工作原理31.5数控机床电主轴的特征31.6电主轴的关键技术41.7电主轴的运动控制51.8本课题研究的内容52. 机床电主轴结构设计62.1 电主轴结构图62.2电主轴轴的设计62.3 主轴尺寸选取72.4轴的校核82.4.1.轴的强度校核计算-按扭转强度计算8
9、2.4.2 轴的刚度校核计算92.5电主轴过盈联结装置的设计102.6 松拉刀机构的设计102.6.1 松拉刀机构选择102.6.2拉削力计算及拉刀强度计算113. 电主轴轴承设计123.1 电主轴轴承的选择123.1.1轴承的选择123.1.2轴承材料的选择123.2电主轴轴承的组合设计123.2.1支承端结构形式123.2.2轴承的配合133.2.3轴承座的刚度与同轴度133.2.4轴承的润滑133.3电主轴轴承的校核计算134. Pro/E建模和仿真164.1 Pro/E软件简介164.2 Pro/E主要模块164.3 建模及仿真过程164.3.1电主轴固定部分建模164.3.2电主轴转
10、动部分建模184.3.3电主轴装配仿真19致 谢21参考文献221. 前言1.1课题研究的意义电主轴是近几年在数控机床领域出现的把机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。电主轴就是将空心的电动机转子直接装在主轴上,定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内,形成一完整主轴单元,通电后转子直接带动主轴运转。高速电主轴制造技术成为了决定高端的数控机床发展的关键技术。对决定电主轴发展的关键技术要进行重点攻关,特别是在电主轴应用中的关键部件诸如复合陶瓷轴承、内置式无外壳电机、性能优良的伺服控制器、高精度位置编码器、气密封装置等进行自主研发,改变这些关键部件主要靠进口的局面。高速电主轴也是高端的数控机床的核心,大力发
11、展高速电主轴将对我国得装备制造行业会起到强大的推动作用。参考TH5632C数控机床使用说明、STEP-TEC、洛阳轴承研究所电主轴、安阳莱必特机械有限公司等电主轴生产厂家产品技术指标,确定主要技术指标如下:功率-转速-扭矩特性:4KW(100%工作制)、基本转速30000RPM;主轴最高转速: 30000RPM(油气润滑);动平 衡 精度: G1(整体);几 何 精 度: 主轴鼻端径跳小于或等于3um;温 升: 主轴前轴承外周处温升低于25;噪 声: 小于75dB。本课题的目的在于以高速、大功率的TH5632C数控机床高速电主轴为研究目标,从提高主轴性能入手,通过对电主轴结构设计中一些关键性的
12、技术问题的解决:例如较低转速下选择轴承为陶瓷混合球轴承,其润滑方式为脂润滑;主轴电机的选择应该根据实际需要额定转速和功率选择相应的电机,尽量提高利用率,降低成本;拉刀机构的选择要根据具体设计主轴的外径和计算的当量内径,选择合适的以降低成本。利用商业CAD/CAM(Pro/e)软件完成电主轴数字化设计,并在此基础上根据一定条件进行仿真分析。1.2前景分析 该设计的市场前景看好。电主轴技术现在被广泛应用于高速,高精度机械加工当中。对数控机床电主轴进行合理设计,并不断完善设计,改近电主轴的技术,提高电主轴的质量,不断设计出更加高转速,高精度的电主轴,可以被广泛的应用于各类机床的机械加工当中,带动机械
13、生产的快速化发展。同时,由于电主轴转速高,易产生大量的热量,普通轴承难以在如此恶劣的工作环境下正常工作,须采用特殊材料轴承。因此,电主轴的高速发展也必将带动轴承及电主轴相关技术的高速发展。因此我们的作品具有非常广阔的应用前景。 1.3 国内外研究概况1.3.1 国外技术研究概况国外高速电主轴技术的研究现状国外高速电主轴技术由于研究较早,技术水平也处于领先地位,电主轴已越来越多地应用到工业制造业中。著名的有瑞士的Fisher公司、Ibag公司、德国的GMN公司、Hofer公司、Siemens公司、意大利Faemat公司、Gamfior公司及美国Ingersoll公司、日本Okuma公司和Fanu
14、c公司等,它们的技术水平代表了这个领域的世界先进水平。这些公司生产的电主轴较之国内生产的有以下几个特点:功率大、转速高。采用高速、高刚度轴承。国外高速精密主轴上采用高速、高刚度轴承,主要有陶瓷轴承和液体动静压轴承,特殊场合采用空气润滑轴承和磁悬浮轴承。精密加工与精密装配工艺水平高。配套控制系统水平高。这些控制系统包括转子自动平衡系统、轴承油气润滑与精密控制系统、定转子冷却温度精密控制系统、主轴变形温度补偿精密控制系统等。并在此基础之上,这些外国厂家如美国、日本、德国、意大利和瑞士等工业发达国家已生产了多种商品化高速机床。如瑞士米克朗公司,就是世界上著名的精密机床制造商。它生产的机床配备最高达6
15、0000r/min的高速电主轴,可以满足不同的切削要求,所有的电主轴均装有恒温冷却水套对主轴电机和轴承进行冷却,并通过高压油雾对复合陶瓷轴承进行润滑。所有的电主轴均采用矢量控制技术,可以在低转速时输出大扭矩。国产电主轴产品和国外的相比较,主要存在以下差距:(1)国外电主轴低速段的输出扭矩最大可达300Nm,而我国目前仅在100Nm以内。(2)在高转速方面,国外用于加工中心的电主轴转速已达75000r/min,我国则多在15000r/min以内。(3)电主轴的轴承润滑,国外普遍采用油气润滑,而我国仍用油脂润滑。(4)其他配套技术也有较大差距,如主轴电机矢量控制、交流伺服控制技术、精确定向技术、快
16、速启动、停止等。(5)在产品的品种、规格、数量和制造规模等方面,国产电主轴仍然处于小量研发试制阶段,没有形成系列化、专业化,远不能满足国内数控机床和加工中心发展的需求。所以目前国产的高转速、高精度数控机床和加工中心所用的电主轴,仍然主要从国外进口。1.3.2国内技术研究概况国内对电主轴技术的研究始于20世纪60年代,主要用于零件内表面磨削,这种电主轴的功率低,刚度小,并且它采用无内圈式向心推力球轴承,限制高速电主轴的产业化。到80年代,随着国内高速主轴轴承的开发成功,研制出一系列高刚度、高速电主轴,广泛应用于各种内圆磨床和各个机械制造领域。在90年代以后由磨用电主轴转向铣用电主轴,它不仅能加工
17、各种形体复杂的模具,而且开发了用于木工机械用的风冷式高速铣用电主轴,推动了高速电主轴在切削中的应用。在国内以洛阳轴承研究所(洛阳轴研科技股份有限公司)为代表,早在1958年就研制出了磨用电主轴之后又研发了大功率、高转速系列电主轴,磁悬浮和气静压电主轴等,并将电主轴在90年代应用于大型数控铣床,加工中心和数控车床,是我国电主轴技术的引领者。广州工业大学高速加工和机床研究所也开发研制了多种电主轴,并应用于数控铣床由于近些年数控加工技术的飞速发展,在军工、基础装备制造,航空航天等领域对高速电主轴的迫切需要,国内的电主轴研究也得到了很大的发展。同济大学、北京机床研究所和上海机床厂在高速电主轴方面也取得
18、了很大的成就。目前国内生产的磨削用电主轴的转速在15000r/min以内;加工中心用电主轴的转速最高30000r/ min,转矩达200Nm的加工中心用电主轴转速只有4000r/min;车削用电主轴最高转速可达12000r/min,最大功率只有11kw。在电主轴的润滑方面,国外普遍采用先进的油气润滑技术,而我国主要以油脂润滑和油雾润滑为主。1.3.3数控机床电主轴的国内外的发展趋势(1)向高速度、高刚度方向发展随着主轴轴承及其润滑技术、精密加工技术、精密动平衡技术、高速刀具及其接口技术等相关技术的发展,数控机床用电主轴高速化已成为目前发展的普遍趋势。电主轴的功率和转速是受电主轴体积及轴承限制的
19、,DmN值是反映电主轴刚度和转速的一个重要的综合特征参数,DmN值越大,其电主轴性能越。因此,在保证电主轴高转速的前提下,加大主轴直径,提高其刚性,也是电主轴技术发展的方向之一。(2)向高速大功率、低速大转矩方向发展现代数控机床需要同时能够满足低速粗加工时的重切削、高速切削时精加工的要求,因此机床电主轴应该具备低速大转矩、高速大功率的性能。高速电主轴的大功率化已是国际机床产业发展的一个方向。近年大功率半导体器件有了飞跃性发展,已经完全可以满足现有的电主轴应用场合所要求的功率等级,这为高速电主轴的大功率化奠定了基础。德国GMN公司的电主轴低速粗加工时的重切削力可达1250Nm,高速切削时精加工最
20、大输出功率可到150kW。(3)电机形式与控制方式多样化方向发展主轴电机方面:目前国内外主轴电机常见的是感应电动机,但由于其结构和特性的限制,运行状态改变时导致电机很难在最佳效率点运行,功率因数低、效率低。虽然采用变频调速、矢量控制、功率因数补偿等技术改善了电机系统的效率,但由于感应电机的工作原理决定其运行效率的提高是有限的,特别是在位置和速度要求非常高的高精度高速电主轴系统中应用有时很难满足系统要求。因此选用转动惯量小,转矩密度高,控制精度高的永磁电机代替感应电动机也将是电主轴发展的一个重要方向。在主轴电机控制方面:采用矢量控制已经被大多数高速电主轴生产厂家所采用,针对感应电动机采用自适应控
21、制、直接转矩控制、定子优化控制等措施不断提高感应电动机在电主轴的应用性能。对于永磁同步电动机在低速粗加工时的重切削多采用恒转矩控制方式,高速切削时精加工采用恒功率控制,在扩大永磁电机在弱磁区域的同时提高稳定性也将成为高速电主轴研究热点问题。1.4机床电主轴的工作原理高速电主轴电机的绕组相位互差120,通以三相交流电后,三相绕组各自形成一个正弦交变磁场,这三个对称的交变磁场互相迭加,合成一个强度不变,磁极朝一定方向恒速旋转的磁场,磁场转速就是电主轴的同步转速。异步电动机的同步转速n由输入电机定子绕组电流的频率f和电机定子的极对数P决定(n=60f/p)。电主轴就是利用变换输入电动机定子绕组的电流
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- TH5632C 数控机床 高速 主轴 结构设计 及其 仿真 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【快乐****生活】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【快乐****生活】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。