我國主軸領(lǐng)域部分研究成果

　　（1）建立了基于擬動(dòng)力學(xué)的角接觸球軸承電主軸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論水搀，揭示了軸承動(dòng)剛度隨轉(zhuǎn)速變化而變化的規(guī)律宽酣，開發(fā)了電主軸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析軟件并成功實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。

　　洛陽軸承研究所在軸承數(shù)據(jù)庫上有充分的積累息扶，可以根據(jù)主軸動(dòng)態(tài)特性自行設(shè)計(jì)制造和選配軸承敦璧；實(shí)現(xiàn)高速軸承在不同預(yù)載下的變形、應(yīng)力進(jìn)行分析纫脚，為分析不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和載荷下球軸承的特性提供依據(jù)钻琴。湖南大學(xué)建立了角接觸球軸承的擬動(dòng)力學(xué)模型和基于Timoshenko梁模型的電主軸轉(zhuǎn)軸模型，提出了軸承况颈、主軸和座孔結(jié)合面參數(shù)對整機(jī)剛度影響的設(shè)計(jì)依據(jù)堕圾，歸納得到了不同載荷條件下軸承、電動(dòng)機(jī)勾奇、主軸及冷卻系統(tǒng)之間的熱傳導(dǎo)和熱分配規(guī)律谁昵；開發(fā)了電主軸系統(tǒng)靜動(dòng)力學(xué)特性分析軟件并開發(fā)成功了35kW、18 000r/min加工中心永磁同步電主軸摆野。東南大學(xué)建立了電主軸最佳預(yù)緊力的分析理論與方法时簸，建立了含拉桿的電主軸雙轉(zhuǎn)子耦合動(dòng)力學(xué)模型和含拉桿、外殼的電主軸三轉(zhuǎn)子耦合整機(jī)動(dòng)力學(xué)模型赖晶，開發(fā)了電主軸轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)軟件律适；采用彈性元件與液壓作動(dòng)器混合預(yù)緊方式，研制了液壓傳動(dòng)與微電子控制技術(shù)預(yù)緊力可控開環(huán)裝置系統(tǒng)遏插；研制成功高速電主軸滾動(dòng)軸承油氣二相流潤滑試驗(yàn)裝置（轉(zhuǎn)速51 000r/min）捂贿，系統(tǒng)開展了油氣潤滑試驗(yàn)；完成了電主軸熱態(tài)特性分析胳嘲，給出電主軸結(jié)合部剛度和熱阻的解析模型厂僧。

　　（2）開發(fā)成功超高速磨削液體動(dòng)靜壓電主軸等新型電主軸產(chǎn)品并在工程上廣泛應(yīng)用了牛，水潤滑電主軸技術(shù)取得重要進(jìn)展颜屠。

　　湖南大學(xué)針對砂輪線速度150m/s以上的超高速外圓/凸輪軸磨床需要，研制開發(fā)了電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝式液體（動(dòng)）靜壓電主軸鹰祸，額定功率和最高轉(zhuǎn)速達(dá)35kW甫窟、10 000r/min密浑，徑向圓跳動(dòng)1μm。上海原創(chuàng)精密機(jī)床主軸有限公司研制的液體（動(dòng)）靜壓電主軸粗井，額定功率和最高轉(zhuǎn)速達(dá)34kW秤暮、8 500r/min，徑向圓跳動(dòng)1μm趁吭。東方精益公司生產(chǎn)開發(fā)液體（動(dòng)）靜壓電主軸歧织，額定功率和最高轉(zhuǎn)速達(dá)17kW、8 000r/min咖杉，徑向圓跳動(dòng)1μm地混，徑向剛度>500 N·μm。北京航空航天大學(xué)下屬的北京北航精密有限公司開發(fā)了系列（動(dòng)）靜壓主軸產(chǎn)品句担，額定功率/最高轉(zhuǎn)速達(dá)到7.5kW务冠、48 000r/min，回轉(zhuǎn)精度能達(dá)到0.5μm以內(nèi)萍捌。上海機(jī)床廠研制成功了HSDB－R及HSDB－1深淺腔組合的多油楔（動(dòng)）靜壓軸承丈揖，用于外圓磨床上達(dá)到鏡面效果，效率比靜壓軸承提高1倍逗耕，用于頭架磨出工件圓度達(dá)可達(dá)0.1μm旁咙。

　　湖南普來得公司開發(fā)了水潤滑（動(dòng)）靜壓電主軸，已通過工業(yè)運(yùn)行試驗(yàn)摘肤，正逐步推廣應(yīng)用椿疗。東南大學(xué)研究了水靜壓軸承在階躍載荷作用下的過渡過程特性和正弦激勵(lì)作用下的幅頻特性，完成電主軸動(dòng)態(tài)特性分析糠悼；基于先進(jìn)的表面工程技術(shù)届榄，并應(yīng)用純水液壓元件，研制水潤滑高速靜壓軸承系統(tǒng)倔喂。天津大學(xué)研制出一種適用于高速滑動(dòng)軸承主軸潤滑的新型粘度可控型低粘度綠色潤滑液铝条。該潤滑液以高純凈水為基礎(chǔ)液，采用正交試驗(yàn)法確定最優(yōu)配比的防銹添加劑席噩，含有增粘劑以調(diào)節(jié)潤滑液粘度班缰，消泡劑消除潤滑液泡沫，混合后性能穩(wěn)定悼枢；開展了干摩擦埠忘、水潤滑、新型潤滑液潤滑下工程陶瓷滑動(dòng)軸承摩擦副材料性能實(shí)驗(yàn)研究馒索。

　∮ǘ省（3）開發(fā)成功各類空氣軸承電主軸并在工程上廣泛應(yīng)用。洛陽軸承研究所生產(chǎn)的氣靜壓電主軸轉(zhuǎn)速達(dá)90 000r/min绰上，用于鉆削φ 0.3～φ 0.7mm的小孔追祈，效率達(dá)190次/min返乏。北京航空航天大學(xué)與洛陽軸承研究所聯(lián)合研制成功的氣體浮環(huán)（動(dòng)）靜壓混合軸承及超高速空氣精密主軸，轉(zhuǎn)速達(dá)300 000r/min谐创。

　　廣州市昊志機(jī)電有限公司聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)開發(fā)成功的DQFZ－200型空氣軸承電主軸，轉(zhuǎn)速達(dá)到200 000r/min拦吓，已批量應(yīng)用于PCB鉆孔行業(yè)寸芦。

　　該主軸采用空氣靜壓軸承和高性能永磁直流電動(dòng)機(jī)，能夠承受60N徑向載荷（軸端側(cè)推力）和170N的軸向載荷子敷，刀具夾持扭矩>127N·cm婆仪，動(dòng)態(tài)偏擺<8μm，最小鉆孔直徑可達(dá)0.05mm任团；另外筑落，該公司初步研制成功DQF－300型空氣軸承電主軸，轉(zhuǎn)速可以達(dá)到300 000r/min穷抹。北京工研精機(jī)股份有限公司研制的超精密多孔質(zhì)氣體靜壓主軸摸悲，回轉(zhuǎn)精度可達(dá)20～50N·m，剛度可達(dá)350N·μm获印。產(chǎn)品性能指標(biāo)接近國際水平且已實(shí)現(xiàn)商品化述雾，如超精密機(jī)床NAM－820，主軸轉(zhuǎn)速1 000r/min兼丰，徑向剛度150N·μm玻孟，回轉(zhuǎn)精度0.05μm，加工直徑820mm鳍征，長度400mm黍翎。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的超精密機(jī)床采用了超精密氣體主軸，主軸精度≤50N·m艳丛，徑向剛度220N·μm匣掸，軸向剛度160N·μm。

　〉（4）主軸精密測試與誤差分離技術(shù)取得重要進(jìn)展旺聚。哈爾濱工業(yè)大學(xué)采用全自動(dòng)測控技術(shù)和信號(hào)漂移的模型識(shí)別與補(bǔ)償技術(shù)，使系統(tǒng)重復(fù)性優(yōu)于5nm眶蕉，不確定度為6nm砰粹。試驗(yàn)比對結(jié)果與英國RankTaylor Hobson公司的誤差分離系統(tǒng)分離的結(jié)果一致。將Prony譜估計(jì)法和奇異值分解相結(jié)合造挽，得到綜合法和兩步法敢俭，可避免回轉(zhuǎn)誤差的諧波抑制問題，使泰勒73型圓度儀的主軸誤差在原來的基礎(chǔ)上憨净，降低近一個(gè)數(shù)量級纽宇。通過試驗(yàn)比對菲组，誤差分離轉(zhuǎn)臺(tái)的徑向和軸向回轉(zhuǎn)誤差均<0.3μm。北京工研精機(jī)股份有限公司研制的JCS－026A高精度圓度儀魁嚼，可用于分離主軸徑向圓跳動(dòng)測量庭匆，最小讀數(shù)0.1～10μm，重復(fù)精度0.05μm之內(nèi)舌肝。連續(xù)工作一個(gè)月渗骆，放大倍數(shù)變量<0.1%，工作穩(wěn)定好页更。北京理工大學(xué)開發(fā)的基于多測頭的多路并行測量系統(tǒng)硝逐，其非線性誤差最大不超過0.8%，重復(fù)性準(zhǔn)確度優(yōu)于0.15%锹嫌，靈敏度優(yōu)于0.45v/μm足蹋，±10μm內(nèi)測量準(zhǔn)確度優(yōu)于0.1μm。北京工業(yè)大學(xué)提出了一種基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)法的誤差分離技術(shù)惯悠，并開發(fā)了一套高速主軸回轉(zhuǎn)誤差的動(dòng)態(tài)測試系統(tǒng)邻邮。該測量系統(tǒng)具有簡便、可靠等特點(diǎn)克婶。國防科技大學(xué)針對主軸回轉(zhuǎn)誤差的單圈非重復(fù)性特點(diǎn)饶囚，建立了最小區(qū)域法的誤差評定統(tǒng)一準(zhǔn)則和作用面的統(tǒng)一判別準(zhǔn)則。該方法可快速實(shí)現(xiàn)主軸回轉(zhuǎn)誤差的最小區(qū)域評價(jià)鸠补、最小外切圓法評價(jià)和最大內(nèi)接圓法評價(jià)萝风。

　　（5）建立了基于機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)的電主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論紫岩，揭示了PWM逆變器供電條件下電主軸中普遍存在的電磁損傷故障的物理機(jī)理规惰。

　　傳統(tǒng)的電主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，都是將變頻器泉蝌、電主軸歇万、工具（砂輪）和載荷系統(tǒng)分開進(jìn)行設(shè)計(jì)，難以定量分析彼此之間的影響勋陪，難以實(shí)現(xiàn)匹配特性的優(yōu)化贪磺。湖南大學(xué)在傳統(tǒng)砂輪轉(zhuǎn)子機(jī)械模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮功率開關(guān)元件高頻變流的影響，建立了高速磨削“逆變器-電主軸-砂輪-磨削載荷”系統(tǒng)的機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)理論嘶逝，揭示了逆變器供電參數(shù)誘發(fā)高次諧波機(jī)電耦合振動(dòng)的物理機(jī)理易颊，提出了通過優(yōu)化逆變器工作參數(shù)抑制機(jī)電耦合振動(dòng)的具體措施和途徑；建立了基于正弦脈寬調(diào)制電壓源逆變器供電的鐵心軟磁材料鐵損特性改進(jìn)的參數(shù)估計(jì)預(yù)測模型和動(dòng)態(tài)仿真方法拄抄，該方法可對高頻電主軸電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能作出合理的評價(jià)除搞；開發(fā)了一套集高頻電主軸集電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)、穩(wěn)態(tài)性能分析及動(dòng)態(tài)特性評價(jià)功能于一體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析軟件，并成功應(yīng)用于多款高速電主軸產(chǎn)品的開發(fā)治东。

　　重慶大學(xué)深入研究了高速電主軸機(jī)電耦合建模和求解方法研究及動(dòng)力學(xué)分析准击， 包括局部耦合問題的建模和求解方法；耦合變量（包括機(jī)缔禾、電胸立、磁、熱和外負(fù)載等）與主軸整體動(dòng)態(tài)性能之間的相互關(guān)系像样；多變量绷觉、非線性綜合參量的全局耦合動(dòng)力學(xué)建模與求解；耦合回路電壓解耦數(shù)字化仿真模型的建立掸绞。在此基礎(chǔ)上泵三，開展高速電主軸動(dòng)態(tài)性能檢測物理實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)研究耕捞，探討了多物理過程衔掸、多參量復(fù)雜耦合下高速電主軸的動(dòng)態(tài)性能、解釋高速電主軸機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)問題俺抽，建成高速電主軸仿真與虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)敞映，揭示了高速電主軸設(shè)計(jì)參數(shù)、耦合因數(shù)對性能指標(biāo)的相關(guān)影響機(jī)理和規(guī)律磷斧。

　　電主軸的電磁損傷故障在工程上長期被忽視振愿，軸承、電動(dòng)機(jī)繞組和編碼器的電磁損傷故障往往被錯(cuò)誤地歸咎于軸承質(zhì)量弛饭、電動(dòng)機(jī)質(zhì)量和編碼器安裝等問題冕末。湖南大學(xué)建立了滾動(dòng)軸承電主軸潤滑油膜電磁損傷試驗(yàn)臺(tái)，建立了PWM電主軸潤滑油膜電磁損傷故障的物理模型侣颂，揭示了PWM變頻高頻脈沖陡上升沿電壓對潤滑油膜電磁損傷的物理機(jī)制档桃，提出了針對金屬或陶瓷球軸承作為支撐的同步型和異步型電主軸的防電磁損傷設(shè)計(jì)策略，發(fā)明并應(yīng)用了預(yù)防電主軸電磁損傷的方法和裝置憔晒。揭示了IGBT的高開關(guān)頻率導(dǎo)致PWM逆變器輸出電壓的變化律過高藻肄，進(jìn)一步導(dǎo)致瞬時(shí)電壓在繞組各線圈上電壓分布不均而導(dǎo)致絕緣損壞的機(jī)制。

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