智能化磁悬浮支承部件.pdfVIP

智能化磁悬浮支承部件 汪希平吴国庆张建生楚云凌唐慧王磊钱婧 (上海大学机电工程与自动化学院轴承研究室200072) 摘要：数控机床中的电主轴采用磁悬浮支承已经国外得到实现．国内也有单位进行了相关的研究并有相关 的报道．但普遍推广应用磁轴承则仍是一件困难的事．原因是从实际应用的角度看，除磁轴承技术 与国外相比仍然有一定的差距外，设计方面的专业性和多元性也是重要的环节．本文将从实用的角 度出发，介绍一种可以实现磁轴承智能化的设计思路，并以机床应用为背景，介绍其实际设计过程 和主要步骤． 关键词：磁轴承智能化在线设计推广应用 33．3 中图分类号：Till 文献标识码：B 引言 质、工作温度范围大、工作极限转速高及维护简 当前，数控机床制造技术的发展趋势是高速 单、寿命长等优点。 和两精度，其支承这种趋势的是具有新结构的机 现在，AMB除了广泛应用于数控机床中加 床不断涌现。其中，高速表现为高档机械结构的 工中心的装入式电机(俗称电主轴)主轴的旋转 m／min， 支承外，已经开始应用于各类机械中的平动支 加工中心，其平台的移动速度已达80～90 而采用直线电机后的速度则为120m／min左右； 承。而各类机床的移动导轨(平台)正是典型的 快速移动的加速度可达l～2g；主轴转速的Dn 平动支承范例。 值为0．5～3×106，甚至更高；换刀时间可小于l 迄今为止召开的9届国际磁轴承会议论文 sec。加工的精度通常以10um为限，但对精密 集已经显示了出上述应用优势，因此，装备了磁 的零件要求已经可以达到1岬。目前精密产品 悬浮部件的机床有新世纪机电一体化产品的典 的不断出现，如数字录象机、硬盘驱动器、数字 范之美誉。 影象硬盘机等，使加工的精度要求达到O．1gm 国内清华大学、西安交通大学、哈尔滨工业 甚至更高。部分精密零件的加工精度，如圆度、 大学、南京航空航天大学和上海大学等单位都开 表面粗糙度等数量级达到0．01lain，表明现代加 展了主动磁悬浮轴承支承的电主轴研究。其中上 工工业已经开始进入纳米加工的范畴。新结构机 海大学1999年研制的一台制氧透平膨胀机已于 床的显著标记是广泛采用虚拟轴机床及直线电 3月以其稳定试验转速92．0kr／min、最高转速 96．9 kr／min、动刚度50 机的机床日益增多。其中采用磁悬浮轴承的机床 N／Ixm及整机噪声小于60 在各级各类机床展览会上也已是频频亮相，标志 dB等指标通过上海市科委组织的专家会议鉴 着磁悬浮技术在机床工业中应用时代的到来。 定。为AMB的机床应用奠定了技术基础。 实际兰，要实现高速和高精度的加工，没有 导轨对于数控机床而言也是重要的组成部 与其对应的支承技术则只能是空中阁楼。而近年 件。常用的V．V型滑动导轨和滚动导轨存在着 来在国内外迅速发展起来的磁悬浮支承技术为 爬行的弊端：液体静压导轨的装置大、辅助设 实现这一目标提供了可能。从国内外的相关报道 备多、不易维修保养，且有油污染；气体静压 看，磁悬浮支承可能是目前满足这种支承要求的 导轨则要求超洁净的使用防尘条件l】】，加工困 最佳选择之～。磁悬浮理论是目前迅速发展的高 难。而主动磁悬浮支承的机床导轨(Active Guide，简称AMG)已经有相关的报 新技术之一，其在机械基础件方面的应用实例之 Magnetic 一是