[01376183]数控机床陶瓷电主轴单元技术

本发明成果紧密结合国际研究前沿和数控机床行业的需求以及我国电主轴的发展现状，围绕高速数控机床陶瓷电主轴单元的关键技术进行了创新性基础理论与应用研究，重点解决了数控机床陶瓷电主轴单元的精密加工和装配、直接转矩控制、高精度、大功率、低速大扭矩、高刚度、高可靠性、长寿命等关键科学问题。在研究热压氮化硅陶瓷和部分稳定氧化锆陶瓷材料的机械特性及精密加工技术的基础上，首次成功研制开发了无内圈式全陶瓷电主轴单元，其最高转速达到30000～50000r/min，最大功率达到15～25kW，回转精度；±0.001mm，精度寿命达到6000小时以上。此外，该成果还以优化高速陶瓷电主轴单元的动力学性能为目标，综合应用非线性动力学、有限元分析方法等理论和方法，将“陶瓷轴承—陶瓷主轴—电动机—基础”作为一个系统，构造了一个更接近实际的陶瓷主轴单元的动力学模型，加强滚动接触界面的非线性摩擦机理、主轴多区段热扩散热变形规律及主轴热变形与振动耦合效应等关键问题的研究；并结合陶瓷电主轴的动特性和热特性实验研究，分析研究了空载及工作状态下陶瓷电主轴的动态、热态性能及其影响因素，通过对混合陶瓷球轴承和全陶瓷球轴承的基础理论研究和结构参数的优化设计，优化和完善高速陶瓷电主轴单元的设计，提高了电主轴的动、静态精度（如主轴径向圆跳动、回转精度、轴向窜动、圆周定向精度等）和恒温控制水平，提高了陶瓷主轴系统的动力学性能，加快了陶瓷主轴单元的工程实际应用，为高速数控机床提供核心功能部件，为实现国产高速陶瓷电主轴单元在数控机床上的规模化应用奠定了理论和技术基础。