大的潜在应用市场，积极开展无轴承电机的研究和在普通机床上的应用具有现实和深远意义。外圆磨床分为普通外圆磨床和万能外圆磨床。在普通外圆磨床上可磨削外圆柱面和外圆锥面，在万能外圆磨床上还能磨削内圆柱面和内圆锥面和端面。外圆磨床的主要参数为最大的磨削直径。外圆磨床以两顶心为中心，以砂轮为刀具，将圆柱形钢件研磨出精密同心度的磨床又叫顶心磨床或圆通磨床。外圆磨床的主机有床身车头车尾磨头传动吸尘装置等部件构成。车头磨头可调角度，用于修磨顶针及皮辊倒角专用夹具。本设计就是以型万能外圆磨床为例对原来的普通主轴进行优化设计，采用无轴承电机进行砂轮主轴的驱动。无轴承电机是典型的机电体化产品，由于它具有上述诸多优良性能及其在众多工业领域内的应用前景，使得无轴承电机技术越来越受到国内外专家学者的关注与重视。而我国对这技术的研究尚不成熟，针对这种情况，我们在毕业设计中选择了这课题。鉴于无轴承电机不但具有磁悬浮轴承的优点，而且比其他同功率的电机及支撑装置，体积小重量轻能耗小，对于提高高速及超高速运转机械的工作性能具有重要意义，本文就是基于这些问题提出的。对于个典型的无轴承电机来说，它主要由机械检测控制三大主要部分组成，而控制系统是整个系统的关键，而合理的机械结构设计又是保证承载能力要求和运行稳定可靠的前提，所以，本设计主要对机械系统和控制系统进行分析和设计。文中以无轴承电机的永磁偏置径向轴向磁轴承本体结构的设计机械部分及控制系统为主要研究对象，设计出合理的结构参数和控制系统，并对系统的稳定性进行简要的分析。第章介绍了基于高速加工技术的无轴承电机的研究意义及现状。此外还介绍了本设计的提出及主要内容的安排。第二章简单介绍了下高速加工技术的发展现状及关键技术。第三章从基于高速加工技术的无轴承电机的总体结构入手，对无轴承电机的机械结构及零部件进行了设计。第四章分析了无轴承电机中永磁偏置径向轴向磁轴承的工作原理，建立了数学模型，并以具体的参数要求为例，对其结构参数进行计算。最后总结全文内容，突出研究工作的重点，并对未来的工作进行展望。无锡太湖学院学士学位论文型万能外圆磨床总体描述机床的结构型万能外圆磨床是普通精度等级万能外圆磨床，主要用于磨削圆柱形和圆锥形的外圆和内孔，还可以磨削阶梯轴的轴肩和端平面。机床应达到的加工精度和表面粗糙度如表型万能外圆磨床最大磨削长度的加工质量所示。表型万能外圆磨床最大磨削长度的加工质量加工方法工件及其装夹方式表面粗糙度圆度公差圆柱度公差精磨外圆工件支承在前后尖上，不用心架工件尺寸直径长度。精磨外圆工件装夹在夹盘上，不用中心架工件尺寸直径，悬伸长度。精磨内孔工件装夹在夹盘上，不用中心架工件尺寸孔径，长度。这种机床适用于工具车间机修车间和单件小批生产车间。由于机床自动化程度较低，磨削效率不够高，所以，它不宜用于大批量生产车间。机床的总体布局型万能外圆磨床由下列各主要部分组成，见图。床身是磨床的基础支承件，它支承着工作台头架尾架垫板及横向滑鞍砂轮架等部件，使它们在工作时保持准确的相对位置。床身内腔用作液压油的油池。头架用以装夹工件，并带动工件旋转。尾架尾架顶尖和头架顶尖起，用以支承工件。图型万能外圆磨床外形图万能外圆磨床结构改进设计高速磨头无轴电机设计工作台它由上工作台和下工作台两部分组成。上工作台可绕下工作台的心轴在水平面内调整至角度位置，用以磨削锥度较小的长圆锥面。工作台面上装有头架和尾架，它们同工作台起沿床身导轨作纵向往复运动。砂轮架用以支承并传动高速旋转的砂轮主轴。砂轮架装在滑鞍上，当需要磨削短圆锥面时，砂轮架可以调整至定的角度位置。内圆磨具用以支承磨内孔的砂轮主轴。内圆磨具主轴由专门的电动机驱动。滑鞍及横向进给机构转动横进给手轮，可以使横进给机构带动滑鞍及砂轮架沿床身垫板的导轨作横向移动。也可以利用液压装置，使滑鞍作周期的自动切入进给。此外，在床身内还有液压传动装置。机床的主要技术性能外圆磨床的主要参数为磨削工件的最大直径，本机床的主参数为。外圆磨削直径外圆最大磨削长度内孔磨削直径内孔最大磨削长度磨削工件最大重量砂轮尺寸螺钉连接，装卸方便。各零件径向皆以彼此的内外径定位，而轴向则增加了两个铝圈，尺寸大小致，来可以保证永磁体和径向定子定位在整个磁轴承的正中，同时铝不导磁，故不存在扰磁漏磁及耗磁问题。轴向定子设计成台阶状，便于与磁轴承外圆定位及装配。整体结构轴向尺寸小，从而缩短了电机主轴的跨距，增大电机的扭矩及输出功率。无轴承电机结构件的结构设计定子与转子的设计定子是电磁轴承最关键的部件之，它主要由定子铁芯定子绕组等组成的八极结构，如图所示。定子铁芯由导磁性能好的软磁材料硅钢片片制成，转子是定子的衔铁，故必须采用导磁性能好的软磁材料硅钢薄片粘叠而成。图电磁轴承定子结构简图此类零件早有先例，结合磁悬浮轴承的具体参数，参照电机定子结构设计即可。考虑到电机尺寸较小，采用八极结构即可。齿槽结构很多，采用上述结构，主要是考虑其齿槽较大，方便传感器的传输线从其中穿过，无须专门设计线路通道，同时也减少加工工序。传感器部件的设计传感器支架用于支撑位移传感器探头，无论是水平方向还是垂直方向，都采用两个传感器差动检测转子位移，因此，在同个方向上安置的螺孔必须是同轴共线的，水平和垂直方向的轴线必须满足定的垂直度要求。其结构如图所示。万能外圆磨床结构改进设计高速磨头无轴电机设计图传感器支架传感器支架的四个方向不但开了传感器支撑孔，而且挖空块，来减轻电机重量，更主要的还是方便线路通畅，同时还是冷却空气内外交替的主要途径。另外，如此结构也方便传感器支撑孔的加工。在圆柱表面进行加工孔加工，保证其形位公差。况且这四个孔需要定的同轴度与垂直度要求。转子的位移信号是通过传感器基准环传递给传感器的，故对传感器基准环的要求主要是表面质量，以及与转子是同轴同心问题，加工要求较高。其结构如图所示。图基准环基准环只是传递旋转信息，故结构不须太过复杂，但加工要求很高。首先要控制其同轴度在级之内，般采用精镗加工。其次其外圆表面加工精度要达到,表面粗糙度要求，般采用精细车或者磨削加工。机壳的设计机壳用于支撑电磁轴承机械系统及驱动转子的电动机等，因此要求具有良好的散热结构能力，本文采用空冷，具体结构如图。外机壳旨在使装入的电机与端盖连接为个整体，故结构越简单越好。本文采用了最简单的圆筒型，为了安装吊环，特作了个吊环凸台。这种结构的加工主要在其左右端面以及内圆面。首先，内圆面与机壳外表面配合，而机壳内表面直接与磁轴承定子配合，故需保证其平行度和同轴度，般其平行度误差为，同轴度为级。其次，其两端面同上述端盖的端面要求，即端面径向跳动级。而其端面的螺纹孔则要求位置度误差。无锡太湖学院学士学位论文具体见零件图。内机壳主要起装配电机定子磁轴承定子传感器支架以及定位轴套和为电机散热的作用。最简单的圆筒结构即可。其上的冷却结构很多，有在外表面开螺旋槽水冷和在内表面开空冷槽等多种方式。本文采用最简单的在内部开通槽的结构。空冷槽与前后端盖上的通气孔相连，实现内外空气交替转换，从而实现电机的的空气冷却。这种结构比在外表面开螺旋槽的结构加工简单，经济效益高。但是，只适用于电机在低转速的情况下。在电机超高速运转的情况下，空冷是达不到冷却效果的，只能使用水冷却。其加工要求与外缸筒相同。图外缸筒内缸筒工作轴的设计转轴承担着电磁轴承转子电机转子基准环等零件的装配，以及传递电机扭矩等功能，所以不但要求结构合理，而且需要加工到所需要的精度。结构如图所示。图工作轴的结构图轴承端盖的设计端盖用于支撑辅助轴承以及固定缸筒，冷却空气和导线均从后端盖进入，因此结构较为复杂，见图。万能外圆磨床结构改进设计高速磨头无轴电机设计图前端盖后端盖由上图可知，这种端盖结构形状规则，无须设计专门夹具，直接可以在铣床和磨床的自带夹具上生产。由于该零件的配合内端面有级的径向跳动，故须在粗铣之后磨下。另外，前端盖与轴配合，后端盖与轴向传感器配合，故都存在圆柱度误差级和径向跳动级，需镗孔，表面粗糙度。无锡太湖学院学士学位论文结论与展望为了减小磁轴承电机的轴向长度提高临界转速缩小系统体积和提高系统的可靠性，实现磁轴承的集成化小型化，本文针对基于高速加工技术中无轴承电机的种新型的永磁偏置径向轴向磁轴承进行了初步的研究，研究工作主要包括以下几个方面结合磁轴承系统与电机系统结构，总体描绘出无轴承电机的总体结构草图，继而从总体结构入手，设计基于高速加工技术的无轴承电机主要零件结构，并附带介绍了些加工工艺。基于前章设计的磁轴承结构，阐述了磁轴承的基本工作原理，有针对性的研究了种新型永磁偏置径向轴向磁轴承的工作机理采用等效磁路法建立了该磁轴承的数学模型，并通过该磁轴承的承载力公式及相关电机设计经验公式推得设计该磁轴承结构参数设计方案，且以具体实例演示了该磁轴承参数设计的般计算过程。由于永磁偏置径向轴向磁轴承的控制系统较为复杂，尤其要提高控制转速来充分发挥这种磁轴承的优势，使得控制系统需要较好的抗干扰能力和定的稳定性。本文阐述了控制理论的基本原理，并将其用于永磁偏置径向轴向磁轴承的控制研究，通过前章的参数，结合基于根轨迹法的控制参数设计方法，给出了控制器的基本设计过程和设计原则。通过这次设计，不难发现，本文的研究工作取得了些阶段性结论性的结果，但同时也还存在许多不足之处，今后还需要研究的工作有对于无轴承电机和永磁偏置径向轴向磁轴承的结构参数设计中考虑不够全面，对于其整体结构参数的优化设计是需要更进步研究的内容。本文为简单起见，选用控制器对控制系统进行综合校正，存在启动回绕现象和微分突变现象，应在后续的工作中采用伪微分控制策略设计控制系统。经过这次毕业设计，我的收获不小。由于本次设计的无轴承电机是较先进的机电体化产品，运用到控制理论电磁学理论电子理论机械设计等许多方面的知识，涉及面很广。因此，通过次设计，不仅巩固了本专业的基础知识，并且学到了许多有关电子信息方面的知识，兼培养了自己的综合设计能力。由于本人水平有限，文中不足之处，敬请老师和同学予以指正。万能外圆磨床结构改进设计高速磨头无轴电机设计致谢在本次毕业设计过程中，我得到了指导老师的悉心指导，在整个设计过程中，老师知