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前言：

主軸作為加工中心的核心部件，其性能好壞直接關(guān)系到加工中心能否進(jìn)行有效的工作。主軸的預(yù)緊技術(shù)是主軸研究領(lǐng)域的重要方向之_，主軸的預(yù)緊力能隨著主軸工作情況的改變而實(shí)時(shí)調(diào)整以保持一個(gè)最佳的工作狀態(tài)，是其研究領(lǐng)域的_個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)。因此確定主軸的最佳預(yù)緊力并通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)使其保持這種狀態(tài)，是局速局精度加工中心在全工況范圍內(nèi)動(dòng)力學(xué)特性保持最優(yōu)的前提。目前應(yīng)用較為普遍的方式為液壓預(yù)緊^[1],隨著研究的不斷深入與發(fā)展，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的微/納定位系統(tǒng)已經(jīng)在可調(diào)預(yù)緊技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛研究，其主要應(yīng)用方式為將壓電陶瓷直接作用于軸承外圈,它具有分辨率高、響應(yīng)速度快、無摩擦和無發(fā)熱問題等優(yōu)點(diǎn)，但是壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)行程較短、易碎，內(nèi)置不利于更換；且在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，加工中心的振幅也是相當(dāng)高的這樣對(duì)于只能承受軸向力的壓電陶瓷來說是非常不利的^&]。因此，如何在主軸預(yù)緊工業(yè)化程度上來發(fā)揮壓電陶瓷的優(yōu)勢(shì)而避其短處，將是_個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問題。

因此，本課題在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種新型預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)源，柔性機(jī)構(gòu)作為微位移放大機(jī)構(gòu)，組成復(fù)合型輸出。將柔性機(jī)構(gòu)直接作用于軸承外圈，將作為驅(qū)動(dòng)源的壓電陶瓷放置其外，這樣既實(shí)現(xiàn)功能,又能不破壞壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)也利于日后的維修與更換。利用此方法能實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸軸承預(yù)緊力的實(shí)時(shí)控制。

1主軸軸承摩擦熱特性分析

l.i軸承摩擦熱計(jì)算

軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的熱量與很多因素有關(guān)，其中主要因素有：軸承預(yù)緊力、主軸轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑劑類型及其流變特性，軸承安裝布局以及工作溫度等。在這些因素中最主要的是主軸轉(zhuǎn)速與軸承預(yù)緊力對(duì)軸承溫升的影響。當(dāng)主軸處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，過大的預(yù)緊力會(huì)使軸承溫度超標(biāo)，長(zhǎng)時(shí)間情況下會(huì)使軸承發(fā)生形變，從而影響主軸的使用性能。因此在預(yù)緊力許可的范圍內(nèi)，盡量減小高速段軸承預(yù)緊力，是高速段軸承預(yù)緊力分析計(jì)算的理論依據(jù)。軸承的滾動(dòng)體與內(nèi)外圈滾道之間的滾動(dòng)阻力、摩擦損耗,以及自旋運(yùn)動(dòng)是軸承的主要發(fā)熱源。軸承的發(fā)熱量主要是由軸承的摩擦力矩所引起的，力矩越大，軸承產(chǎn)生的摩擦熱就越多，滾動(dòng)體與內(nèi)外圈接觸區(qū)域的發(fā)熱量與接觸區(qū)域的摩擦力矩和主軸轉(zhuǎn)速有關(guān)，其發(fā)熱量可由式（丨-1)得^s

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結(jié)束語：

選取7012C軸承為研究對(duì)象，采用經(jīng)驗(yàn)公式與仿真分析，給出了主軸預(yù)緊力與軸承轉(zhuǎn)速、軸承溫度之間關(guān)系。以軸承溫度為控制目標(biāo)，結(jié)合主軸最佳預(yù)緊力經(jīng)驗(yàn)公式,確定各轉(zhuǎn)速段相對(duì)應(yīng)的預(yù)緊力以及軸向位移，進(jìn)而運(yùn)用仿真分析獲得了可調(diào)預(yù)緊與傳統(tǒng)預(yù)緊對(duì)軸承溫度影響的對(duì)比。在此基礎(chǔ)上，以上述所得的預(yù)緊力與相對(duì)應(yīng)的軸向變位作為理論依據(jù)，設(shè)計(jì)一種實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力可調(diào)的預(yù)緊機(jī)構(gòu)。以疊層壓電陶瓷為驅(qū)動(dòng)源，柔性機(jī)構(gòu)為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。經(jīng)理論計(jì)算與仿真分析證明該機(jī)構(gòu)可行,可以達(dá)到所推薦的預(yù)緊力以及軸向變位數(shù)值，進(jìn)而對(duì)軸承溫度進(jìn)行控制，使其保持在一個(gè)合理的變化范圍之內(nèi)。

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基于壓電陶瓷與柔性機(jī)構(gòu)的高速加工中心主軸預(yù)緊控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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