轴承2016年11期
ISSN10003762
CN41 -1148/TH
Bearing 2016,No.11
一种气体－磁轴承混合支承的电主轴及其控制
系统设计
张维煜，朱烧秋，陈涛，瀚金涛
（江苏大学电气信息工程学院，江苏镇江212013）
6-11
摘要：提出一种新型气体轴承、径向-轴向磁轴承混合支承的电主轴，设计基于粗集理论方法的磁轴承电主轴
模糊控制系统，并进行了相关性能试验，结果表明：设计的控制系统使主轴系统具有良好的静动态性能。关键词：磁轴承；电主轴；控制系统低成本
中图分类号：TH133.35;TP273*.4
文献标志码：B
文章编号：10003762(2016)11000606
A Motorized Spindle Supported by Gas Bearing and Radial - Axial
Hybrid Magnetic Bearing and Design of Its Control System
Zhang Weiyu,Zhu Huangqiu, Chen Tao,Ju Jintao
( School of Electrical and Information Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)
Abstract : A new type of motorized spindle supporled by gas bearing and radial axial hybrid magnetic bearing is pro posed. The design method based on rough set theory of fuzzy control system is introduced. To illustrate the applicability of the proposed motorized spindle and control system, some perfomance test experiments are conducted. It is concluded
that the designed control system can make the motorized spindle system has good dynamic and static performances Key words : magnetic bearing; motorized spindle; control system; low cost
超精密加工是制造业的关键技术之一，实现超精密加工的首要条件是超精密数控机床，其核心因素是主轴的回转精度，而主轴要达到极高的回转精度，转动平稳、振动小，关键在于主轴支承轴承[1-2]。气体轴承和磁轴承回转精度较高，在军事、航天、机械等领域得到了广泛的应用。气体轴承中的接触式静压轴承具有无污染、摩擦力极
收稿日期：20160407；修回日期：20160725
基金项目：国家自然科学基金项目（51607080）；江苏省自然科学基金项目（BK20150524）；江苏大学高级人才基金项目（14JDG131）；江苏省333工程（2014）；江苏省高校优势学科(2014)项目
作者简介：张维煜（1986一），女，博士，讲师，主要研究方向为磁悬浮传动技术及新能源技术，E-mail：zwy_729@ 163.com；朱规秋（1964一），男，教投，博士生导师，主要研究方向为磁悬浮轴承、无轴承电机的设计和控制：陈法（1992一），男，硕士研究生，研究方向为磁悬浮轴承及飞
轮电池。万方数据
小、无渗漏等优点，但缺点是承载力不易控制、加工难度高，且需要一套压力稳定、过滤严格的供应气体的系统，结构复杂。磁轴承具有完全无磨损，承载力可控等优点，可以显著提高机床电主轴的性能，但缺点是机械结构复杂，而且需要一整套的传感器系统和驱动控制电路，所以纯磁悬浮电主轴的造价较高，一般是球轴承主轴的2倍以上。若将2种轴承联合用于精密主轴，即组成气体：磁轴承电主轴，可以发挥彼此的优势，提高承载力的同时又不会增加过多成本，进一步提高主轴的回转精度。要使气体电主轴进人工程应用，必须满足低能耗、低成本、高速度、高精度、高可靠性等要求，从机械结构和控制系统等方面开展基础性研究工作，解决工程应用的关键技术难题。
结构方面：混合磁轴承利用永磁体产生偏置磁场的方式取代了主动磁轴承中电磁铁产生的静态偏置磁场的方式，使功率损耗大大降低，减少了电磁铁的安匝数，缩小了磁轴承的体积，并且可以提