曲面磁力研磨机

航空制造工程学院

创新能力综合训练

研究报告

题目：曲面磁力研磨机设计

所属课题：主运动控制

学院：航空制造工程学院

专业名称：机械设计制造及其自动化

班级学号：

学生姓名：

合作者：

指导教师：

二O一二年十二月

曲面磁力研磨机的主运动控制研究

学生姓名：余兴华班级：09031924

指导老师：柴京富

摘要：采用了内装式同轴电机主轴，研究了主轴电机的性能和对曲面研磨机床

的影响和工作情况，以及主轴电动机控制电路，表明了电主轴有良好的可控性和简单紧凑的结构等，以其优异的性能，高转速、宽调速范围，高精度，有助于曲面磁力研磨的精度。

关键词:电机主轴性能曲面研磨机床控制电路

主要创新点

本方法的主要创新点是：

1.主轴低年级转速的提高不受换向器的限制。

2.采用了微处理器和现代控制理论进行控制，系统运行平稳，振动和噪音小，并且可以获得较大的调速范围和较高的低速转。。

3.能实现主轴的正反转。

目录

⏹ 1 引言 (2)

⏹2研究方法 (2)

2.1 机床的结构................................................... . (2)

2.2 自由曲面磁粒光整加工原理 (3)

⏹ 3 机床主轴电动机的选择和主轴驱动系统分析 (4)

3.1 机床主轴电机的基本要求 (4)

3.2 主轴电机的使用要求 (4)

3.3 主轴电机的工艺性经济性要求 (4)

3.4 直流主轴驱动系统得特点 (5)

3.5 交流主轴驱动系统 (5)

3.6 主轴部分的电气控制原理 (6)

⏹ 4 结论 (8)

⏹ 5 参考文献 (9)

1 引言

机床主轴系统采用内装式同轴电机主轴将会是高速机床的发展趋势。电主轴以其优异的性能，高转速、宽调速范围，高精度。良好的可控性和简单紧凑的结构等，已为越来越多的机床所选用。机械式主轴变速系统将逐步被前景看好的电主轴所取代。而电主轴的核心是伺服电机，选用何种电机将关系到电主轴的控制精度、调速范围和制造经济性等多方面的性能好坏，只有权衡各类电机不同的优缺点满足基本的功能要求，才能选定最适合作机床主轴的电机.。

2 研究方法

2.1机床的结构和参数

图1所示是数字化磁性磨粒光整加工机床示意图。机床的工作行程600mmX800mmX600mm,主轴转速。一300or/min,磁极的磁感应强度。~1.ST,3个坐标方向的移动速度。一6m/min。该机床的数控系统除了具有普通三坐标数控铣床控制系统的功能(如三坐标联动、点动、手动、自动等)外,还具有曲面的示教方式三坐标数字化测量功能、曲面加工轨迹的自动编程功能及磁性磨料的自动更换功能等。

2.2自由曲面磁粒光整加工原理

在强磁场作用下,填充在磁场中的磁性磨料将沿着磁力线的方向排列起来,吸附在磁极上形成“软磨料刷”,并对工件表面产生一定的压力。“软磨料刷”与工件之间产生快速相对运动,实现对工件表面的光整加工,如图2所示。

磁场作用力的大小与磁性磨粒的导磁性、磁场强

度和磁场梯度有关。

如图3所示。磁作用力F使得磁性磨粒向着磁力线集中的部位聚集,在磁极高速旋转时能够防止磁性磨粒因离心力的作用而飞散。

3 机床主轴电动机的选择和主轴驱动系统分析

3.1 机床主轴电机的基本要求

作为机床主轴，除了作高速回转外，还要承受径向、轴向、切向切削力，主轴在弯曲、扭转的交变载荷下，按照要求进行起动、增速、减速和停车等。因此主轴电机应比一般用途电机的制造精度，控制精度，使用条件等要求更高。对主轴电机主要有以下几个方面的要求：

3.2 主轴电机的使用要求

与一般用途电机一样，主轴电机要满足驱动的基本要求，即：电机的输出功率、转速、转矩等应与机械负载相匹配。另外还要考虑使用环境，应用场合、工作制和使用电源，如电压、电流、频率等。

主轴电机的控制要求机床主轴的运动是机床传动系统的主运动。主轴经常处于起动、加速、切削、制动、停车这种循环中，因此对主轴电机的控制应满足机床主轴运动的一切需要。对主轴电机的控制有稳态控制和动态控制两种要求，考核电机稳态控制技术指标有电机的额定值、调速范围、静差率、平滑性等；考核电机动态控制技术指标有对控制信号的跟随特性、抗干扰性等。总之，机床主轴电机对其的控制要求是恒速运动时要平稳、转速波动小、抗干扰能力强；调速范围宽，并连续可调；电机起动、制动安全可靠；电机控制系统可靠性高，工作寿命长。

3.3 主轴电机的工艺性经济性要求

机床主轴电机与一般电机相比，结构上要复杂许多，制造精度要求更高，控制系统更完善。为适应市场经济需要，主轴电机的制造必须具备：主轴及电机的"制造工艺性要好；主轴电机的装配、调试、维护性能要好；主轴电机应具有效率高、寿命长、体积小重量轻，可控制性好。

机床的主轴系统和进给系统有很大的差别。根据机床主传动的工作特点，早期的机床主轴传动全部采用三相异步电动机加上多级变速箱的结构。随着技术的不断发展，机床结构有了很大的改进，从而对主轴系统提出了新的要求，而且因用途而异。在数控机床中，数控车床占42％，数控钻镗铣床占33％，数控磨床、冲床占23％，其他只占2％。为了满足量大面广的前两类数控机床的需要，对主轴传动提出了下述要求：主传动电动机应有2.2～250kW的功率范围；要有大的无级调速范围，如能在1：100～1000范围内进行恒转矩调速和1：10的恒功率调速；要求主传动有四象限的驱动能力；为了满足螺纹车削，要求主轴能与进给实行同步控制等等。

主轴传动和进给传动一样，经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动。交流伺服电动机有永磁式同步电动机和笼型异步电动机两种结构形式，而且绝大多数采用永磁式同步电动机的结构形式。而交流主轴电动机的情况则