高速电主轴回转精度及静刚度测试研究毕业设计论文 精品Word文档格式.docx

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专业：

机械设计制造及其自动化

重庆大学机械工程学院

二OO九年六月

GraduationDesign（Thesis）ofChongqingUniversity

HighSpeedElectronicSpindleTurningPrecisionandStaticStiffnessTestingResearch

Undergraduate:

ZhengLing

Supervisor:

Prof.ChenXiaoan

AssistantSupervisor:

HeYe

Major:

MechanicalDesignandTheory

CollegeofMechanicalEngineering

ChongqingUniversity

June2009

摘要

近几十年来，在新技术革命的推动下，特别是伴随着数控技术的不断发展，超高速切削技术的应用越来越广泛，它正在成为国际机械制造业最热门的研究课题之一。

高速主轴系统也已成为最适宜于这些高性能工况的数控机床核心功能部件之一。

目前，在国内对高速电主轴系统的技术性能指标的测试与评价尚无统一的标准，均以行业或企业标准来执行。

本论文在正是在此环境下讨论了高速电主轴的测试方法及评价技术。

在国家自然科学基金项目《高速电主轴机电耦合动力学分析及仿真与实验研究》（项目编号50675233）和重庆市重大科技攻关项目《装备制造业典型基础部件关键技术研究及产业化》（项目编号CSTC，2006AA3010）的资助下，主要进行了高速电主轴回转精度、静刚度、噪声等方面的测试方法及测试实验研究，并取得了以下研究进展：

（1）研究了高速电主轴回转精度的测试方法。

对径向跳动和端面跳动的测试中采用了接触式和非接触式的方法分别进行，并绘制了两种方式在不同测量截面下的径向跳动曲线，对比发现用非接触式测试的精度比接触式要好；

同时对周期性轴向窜动的测试方法采用了短检验棒法和两指示器法分别进行，通过对比其数据的差异，发现短检验棒法的测试误差低于两指示器法。

（2）研究了高速电主轴静刚度的测试的方法。

用静态应变测试仪并分别测试了径向刚度和轴向刚度。

通过对数据的对比发现径向刚度要比轴向刚度大2.2～2.7倍左右，同时提出了提高静刚度的措施。

（3）对高速电主轴的噪声进行了的测试。

测试过程中用半球法对高速电主轴在不同转速下的噪声分别进行了测试，绘制了在不同转速下的噪声变化曲线，证明了噪声随着主轴转速提高而逐渐上升的结论。

关键词：

高速电主轴，回转精度，静刚度，噪声

ABSTRACT

Intheserecentdecades,withthedevelopmentofnumericalcontroltechnology,thesuperhighspeedcuttingtechnologyhasbecomeoneofthemostpopularsubjectsintheinternationalmechanicalmanufacture.Nowadayshighspeedspindleisthekeypartofhigh-powerednumericalmachinetool.Thereisnouniquestandardtoevaluatetheperformanceofthehighspeedspindle.Standardsvaryindifferentcompanies.Inthispaperisunderdiscussioninthisenvironmentofhigh-speedspindletestingmethodsandevaluationtechniques.

ThisprojectissupportedbyNationalNaturalScienceFunds（ItemNumber50675233）andChongqingImportantScientificandTechnologicalBrainstormProject（ItemNumberCSTC，2006AA3010）.Theresearchofmeasuringandtestingthespindleturningprecision,staticstiffnessandnoiseharvestthefruitsasbelow.

Getthemethodoftestingthehighspeedspindlegyredprecision.Throughthediagramswedrewusingthecontactandnon-contacttestingmethod,it’sclearthatthedisjuncttestingmethodisbetterthantheosculantone.Accordingtothedifferencebetweenthedatathatwegotintheexperimentsusingmeansofshortcheckoutrodandtwainindicators,wealsofindtheoneismoreprecisethantheone.

Getthemethodoftestingthenetrigidityofthehighspeedspindle.Throughthedatawegotwithstaticstraintestequipment,researchshowstheradialrigidityis2.2~2.7timeslargerthantheaxialrigidity.Atthesametimewegetthewaytoimprovethenetrigidity.

Getthemethodoftestingthenoiseofthehighspeedspindle.Wedrewthenoisediagramsviadifferentnoisedatatestedunderaseriesofrevolutionspeedofthespindleusinghemisphericaltestingmethod.Weprovethatthenoisewillincreasewiththeincreasingofrevolutionspeedofthespindle.

KeyWords：

Highspeedelectronicspindle，Turningprecision，staticstiffness，Noise

中文摘要.Ⅰ

英文摘要Ⅱ

1绪论1

1.1课题的背景、来源和意义1

1.1.1课题的背景2

1.1.2课题的来源2

1.1.3课题的意义2

1.2国内外研究现状2

1.2.1国内外高速电主轴技术的研究现状3

1.2.2国内外高速电主轴的差距3

1.3本文的主要内容和研究条件4

1.3.1本文的主要内容4

1.3.2研究条件4

2电主轴回转精度的测试6

2.1电主轴回转精度概述6

2.2电主轴回转精度测试方法6

2.2.1接触式测量法6

2.2.2非接触式测量法7

2.3电主轴回转精度测试前的准备工作7

2.4径向跳动测试8

2.4.1测试方法9

2.4.2测试数据11

2.4.3误差分析16

2.5端面跳动的测试16

2.5.1概述16

2.5.2端面跳动测试研究17

2.5.3测试数据18

2.6本章小结20

3电主轴静刚度的测试21

3.1静刚度概述21

3.2静刚度对机床性能的影响22

3.3静刚度的测试方法研究23

3.4静刚度的测试仪器介绍25

3.5静刚度的测试数据26

3.6提高主轴轴承系统刚性的措施27

3.7本章小结28

4电主轴噪声测试29

4.1概述29

4.2电机噪声的物理量度29

4.3电主轴噪声测试的实验仪器31

4.4电主轴噪声的测试研究32

4.5电主轴噪声的测试报告35

4.5.11.5万转电主轴噪声测试报告35

4.5.26万转电主轴噪声测试报告38

4.6本章小结41

5结论42

致谢43

参考文献44

1绪论

1.1课题的背景、来源和意义

1.1.1课题的背景

制造业是国民经济的支柱产业，它创造的财富占人类社会财富的60%~80%，制造技术水平和设备制造能力的高低，是一个国家科技水平和综合国力的重要标志。

当前，全球经济正处于一个根本性的变革时期，人类社会正在由工业经济时代步入知识经济时代。

在以高科技产业为主要支柱，智力资源为主要依托的知识经济条件下，制造业正在发生着质的飞跃。

[1]世界上越来越多的国家和人们认识到没有先进的制造业，无论哪一个产业都将失去存在和发展的条件。

在制造业发展中最辉煌的成就就是数控技术的发明和推广应用。

伴随着信息技术的发展，一方面是发展了以数控机床为基础的加工自动化技术；

另一方面，在加工工艺和加工方法上也发展了许多新工艺、新技术，比较典型的有高速加工技术、精密和超精密加工技术、高能束加工技术（激光、水射流、离子和电子等）以及虚拟制造技术等等。

上述先进制造技术的发展，大幅度地提高了劳动生产率，改善了产品质量，降低了生产成本，为社会创造了巨大的物质财富。

[2]

随着数控技术的不断发展，以加快空行程动作的速度和提高零件生产过程的连续性等为目的的缩短辅助工时的技术手段已达到极限。

要想进一步提高机床的生产效率，只有从包括提高主轴转速和进给速度等为手段的缩短切削时间的高速切削技术入手，该技术已逐步成为各企业、研究机构的研究热点。

高速切削是指在比常规切削速度高出很多的速度下进行的切削加工，因此有时也称为超高速切削（Ultra-HighSpeedMachining）。

高速切削的理论是20世纪20年代末由德国的切削物理学家萨洛蒙（CarlSalomon）博士提出的。

并于1931年提出了高速切削假设。

他指出：

在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高。

对于每一种工件材料，存在一个速度范围，在这个速度范围内，由于切削温度太高，任何刀具都无法承受，切削加工不可能进行。

但是，当切削速度再增大，超过这个速度范围后，切削温度反而降低。

同时，切削力也会大幅度下降。

高速加工的核心技术主要有高速机床技术、高速刀具技术、高速加工测试技术等。

其中高速机床技术是实现高速加工的基本条件，高速机床的设计制造技术很大程度上反映着高速加工的技术水平。

各工业发达国家都把机床的高速化作为重要的发展目标，高速加工机床的发展水平已成为衡量一个国家制造技术水平的重要标志之一。

高速加工机床的研究与开发主要集中在高速主轴系统、高速进给系统、高速刀具系统和高性能控制系统等几个方面。

[3