【正文】 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）高速電主軸回轉(zhuǎn)精度及靜剛度測(cè)試研究學(xué) 生：鄭 令學(xué) 號(hào)：20052308指導(dǎo)教師：陳小安助理指導(dǎo)教師：合燁 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二OO九年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityHigh Speed Electronic Spindle Turning Precision and Static Stiffness Testing ResearchUndergraduate: Zheng LingSupervisor: Prof. Chen Xiaoan Assistant Supervisor : He YeMajor: Mechanical Design and TheoryCollege of Mechanical Engineering Chongqing UniversityJune 2009重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 中文摘要摘 要近幾十年來(lái)，在新技術(shù)革命的推動(dòng)下，特別是伴隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，超高速切削技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它正在成為國(guó)際機(jī)械制造業(yè)最熱門的研究課題之一。高速主軸系統(tǒng)也已成為最適宜于這些高性能工況的數(shù)控機(jī)床核心功能部件之一。目前，在國(guó)內(nèi)對(duì)高速電主軸系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)的測(cè)試與評(píng)價(jià)尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，均以行業(yè)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)執(zhí)行。本論文在正是在此環(huán)境下討論了高速電主軸的測(cè)試方法及評(píng)價(jià)技術(shù)。在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《高速電主軸機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)分析及仿真與實(shí)驗(yàn)研究》(項(xiàng)目編號(hào)50675233)和重慶市重大科技攻關(guān)項(xiàng)目《裝備制造業(yè)典型基礎(chǔ)部件關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化》（項(xiàng)目編號(hào)CSTC，2006AA3010）的資助下，主要進(jìn)行了高速電主軸回轉(zhuǎn)精度、靜剛度、噪聲等方面的測(cè)試方法及測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究，并取得了以下研究進(jìn)展：（1）研究了高速電主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)試方法。對(duì)徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)的測(cè)試中采用了接觸式和非接觸式的方法分別進(jìn)行，并繪制了兩種方式在不同測(cè)量截面下的徑向跳動(dòng)曲線，對(duì)比發(fā)現(xiàn)用非接觸式測(cè)試的精度比接觸式要好；同時(shí)對(duì)周期性軸向竄動(dòng)的測(cè)試方法采用了短檢驗(yàn)棒法和兩指示器法分別進(jìn)行，通過(guò)對(duì)比其數(shù)據(jù)的差異，發(fā)現(xiàn)短檢驗(yàn)棒法的測(cè)試誤差低于兩指示器法。（2）研究了高速電主軸靜剛度的測(cè)試的方法。用靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀并分別測(cè)試了徑向剛度和軸向剛度?！?，同時(shí)提出了提高靜剛度的措施。（3）對(duì)高速電主軸的噪聲進(jìn)行了的測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中用半球法對(duì)高速電主軸在不同轉(zhuǎn)速下的噪聲分別進(jìn)行了測(cè)試，繪制了在不同轉(zhuǎn)速下的噪聲變化曲線，證明了噪聲隨著主軸轉(zhuǎn)速提高而逐漸上升的結(jié)論。關(guān)鍵詞：高速電主軸，回轉(zhuǎn)精度，靜剛度，噪聲15 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACTABSTRACTIn these recent decades, with the development of numerical control technology, the super high speed cutting technology has bee one of the most popular subjects in the international mechanical manufacture. Nowadays high speed spindle is the key part of highpowered numerical machine is no unique standard to evaluate the performance of the high speed spindle. Standards vary in different panies. In this paper is under discussion in this environment of highspeed spindle testing methods and evaluation techniques.This project is supported by National Natural Science Funds（Item Number 50675233） and Chongqing Important Scientific and Technological Brainstorm Project（Item Number CSTC，2006AA3010）. The research of measuring and testing the spindle turning precision, static stiffness and noise harvest the fruits as below.Get the method of testing the high speed spindle gyred precision. Through the diagrams we drew using the contact and noncontact testing method, it’s clear that the disjunct testing method is better than the osculant one. According to the difference between the data that we got in the experiments using means of short checkout rod and twain indicators, we also find the one is more precise than the one.Get the method of testing the net rigidity of the high speed spindle. Through the data we got with static strain test equipment , research shows the radial rigidity is ~ times larger than the axial rigidity. At the same time we get the way to improve the net rigidity.Get the method of testing the noise of the high speed spindle. We drew the noise diagrams via different noise data tested under a series of revolution speed of the spindle using hemispherical testing method. We prove that the noise will increase with the increasing of revolution speed of the spindle.Key Words：High speed electronic spindle，Turning precision，static stiffness，Noise重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄目 錄中文摘要. Ⅰ英文摘要 Ⅱ1 緒論 1 課題的背景、來(lái)源和意義 1 課題的背景 2 課題的來(lái)源 2 課題的意義 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 國(guó)內(nèi)外高速電主軸技術(shù)的研究現(xiàn)狀 3 國(guó)內(nèi)外高速電主軸的差距 3 本文的主要內(nèi)容和研究條件 4 本文的主要內(nèi)容 4 研究條件 42 電主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)試 6 電主軸回轉(zhuǎn)精度概述 6 電主軸回轉(zhuǎn)精度測(cè)試方法 6 接觸式測(cè)量法 6 7 電主軸回轉(zhuǎn)精度測(cè)試前的準(zhǔn)備工作 7 徑向跳動(dòng)測(cè)試 8 測(cè)試方法 9 測(cè)試數(shù)據(jù) 11 誤差分析 16 端面跳動(dòng)的測(cè)試 16 概述 16 端面跳動(dòng)測(cè)試研究 17 18 本章小結(jié) 203 電主軸靜剛度的測(cè)試 21 靜剛度概述 21 靜剛度對(duì)機(jī)床性能的影響 22 靜剛度的測(cè)試方法研究 23 靜剛度的測(cè)試儀器介紹 25 靜剛度的測(cè)試數(shù)據(jù) 26 提高主軸軸承系統(tǒng)剛性的措施 27 本章小結(jié) 284 電主軸噪聲測(cè)試 29 概述 29 電機(jī)噪聲的物理量度 29 電主軸噪聲測(cè)試的實(shí)驗(yàn)儀器 31 電主軸噪聲的測(cè)試研究 32 電主軸噪聲的測(cè)試報(bào)告 35 35 6萬(wàn)轉(zhuǎn)電主軸噪聲測(cè)試報(bào)告 38 本章小結(jié) 415 結(jié)論 42致 謝 43參考文獻(xiàn) 44重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論1 緒論 課題的背景、來(lái)源和意義 課題的背景 制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，它創(chuàng)造的財(cái)富占人類社會(huì)財(cái)富的60%~80%，制造技術(shù)水平和設(shè)備制造能力的高低，是一個(gè)國(guó)家科技水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。當(dāng)前，全球經(jīng)濟(jì)正處于一個(gè)根本性的變革時(shí)期，人類社會(huì)正在由工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代步入知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代。在以高科技產(chǎn)業(yè)為主要支柱，智力資源為主要依托的知識(shí)經(jīng)濟(jì)條件下，制造業(yè)正在發(fā)生著質(zhì)的飛躍。[1]世界上越來(lái)越多的國(guó)家和人們認(rèn)識(shí)到?jīng)]有先進(jìn)的制造業(yè)，無(wú)論哪一個(gè)產(chǎn)業(yè)都將失去存在和發(fā)展的條件。在制造業(yè)發(fā)展中最輝煌的成就就是數(shù)控技術(shù)的發(fā)明和推廣應(yīng)用。伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，一方面是發(fā)展了以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的加工自動(dòng)化技術(shù)；另一方面，在加工工藝和加工方法上也發(fā)展了許多新工藝、新技術(shù)，比較典型的有高速加工技術(shù)、精密和超精密加工技術(shù)、高能束加工技術(shù)（激光、水射流、離子和電子等）以及虛擬制造技術(shù)等等。上述先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，大幅度地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，為社會(huì)創(chuàng)造了巨大的物質(zhì)財(cái)富。[2]隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，以加快空行程動(dòng)作的速度和提高零件生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性等為目的的縮短輔助工時(shí)的技術(shù)手段已達(dá)到極限。要想進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，只有從包括提高主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度等為手段的縮短切削時(shí)間的高速切削技術(shù)入手，該技術(shù)已逐步成為各企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。高速切削是指在比常規(guī)切削速度高出很多的速度下進(jìn)行的切削加工，因此有時(shí)也稱為超高速切削（UltraHigh Speed Machining）。高速切削的理論是20世紀(jì)20年代末由德國(guó)的切削物理學(xué)家薩洛蒙（Carl Salomon）博士提出的。并于1931年提出了高速切削假設(shè)。他指出：在常規(guī)的切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的增大而提高。對(duì)于每一種工件材料，存在一個(gè)速度范圍，在這個(gè)速度范圍內(nèi)，由于切削溫度太高，任何刀具都無(wú)法承受，切削加工不可能進(jìn)行。但是，當(dāng)切削速度再增大，超過(guò)這個(gè)速度范圍后，切削溫度反而降低。同時(shí)，切削力也會(huì)大幅度下降。高速加工的核心技術(shù)主要有高速機(jī)床技術(shù)、高速刀具技術(shù)、高速加工測(cè)試技術(shù)等。其中高速機(jī)床技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高速加工的基本條件，高速機(jī)床的設(shè)計(jì)制造技術(shù)很大程度上反映著高速加工的技術(shù)水平。各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都把機(jī)床的高速化作為重要的發(fā)展目標(biāo)，高速加工機(jī)床的發(fā)展水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。高速加工機(jī)床的研究與開(kāi)發(fā)主要集中在高速主軸系統(tǒng)、高速進(jìn)給系統(tǒng)、高速刀具系統(tǒng)和高性能控制系統(tǒng)等幾個(gè)方面。[3]高速電主軸做為高速切削的關(guān)鍵技術(shù)之一，其性能的好壞直接影響到生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，作用是不言而喻的。目前，我國(guó)對(duì)電主軸的研究雖然取得了不小的進(jìn)步，但我們?nèi)匀豢梢钥吹揭恍╆P(guān)鍵技術(shù)還有待解決，因而每年我國(guó)還需從國(guó)外大量進(jìn)口各類電主軸。如何使國(guó)內(nèi)用戶能夠更好地使用此類產(chǎn)品，對(duì)其參數(shù)和性能有更深入的了解就顯得格外的重要。本課題正是基于此目的來(lái)開(kāi)展的。 課題的來(lái)源 在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《高速電主軸機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)分析及仿真與實(shí)驗(yàn)研究》(項(xiàng)目編號(hào)50675233)和重慶市重大科技攻關(guān)項(xiàng)目《裝備制造業(yè)典型基礎(chǔ)部件關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化》（項(xiàng)目編號(hào)CSTC，2006AA3010）的資助下，我們提出了本文的“高速電主軸回轉(zhuǎn)精度及靜剛度測(cè)試研究”這一課題作為碩士學(xué)位論文題目。 課題意義以高速度切削、高進(jìn)給速度、高加工精度、為主要特征的高速加工是當(dāng)代四大先進(jìn)制造技術(shù)之一，是制造技術(shù)產(chǎn)生第二次革命性飛躍的一項(xiàng)高新技術(shù)。當(dāng)今世各國(guó)都競(jìng)相發(fā)展自己的高速加工技術(shù)，并成功應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。要發(fā)展和應(yīng)用高速加工技術(shù)，首先必須有性能優(yōu)良的高速數(shù)控機(jī)床，而數(shù)控機(jī)床的好壞則首先決于高速主軸。近幾十年，高速加工技術(shù)發(fā)展十分迅猛，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)部門。高速機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速高速切削加工的前提和條件。高速數(shù)控機(jī)床是裝備制造業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)和發(fā)展方向之一，是裝備制造業(yè)的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)水平的高低和擁有量的多少也是衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的標(biāo)志。而主軸單元是決定機(jī)床高速化和高精度的關(guān)鍵部分，始終是機(jī)床技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。電主軸是現(xiàn)代高數(shù)數(shù)控機(jī)床主軸的主要形式，其性能的好壞在很大程度上決定了整臺(tái)高速機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)效率。因此，不失時(shí)機(jī)地開(kāi)展高速電主軸動(dòng)態(tài)性能的研究工作，不僅會(huì)促進(jìn)我國(guó)高速加工業(yè)的發(fā)展，而且有著廣闊的前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，具有極其重要的科學(xué)意義和工業(yè)價(jià)值。通過(guò)對(duì)電主軸的各種測(cè)試實(shí)驗(yàn)，能夠掌握該主軸的各種性能參數(shù)，這些參數(shù)在對(duì)用戶的使用過(guò)程中將起到極