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數(shù)控金切機床的高速主軸體系(2)
來源:軸承網(wǎng) 時間:2013-03-07
高速電主軸除遍及選用滾動軸承外；還有其他幾種軸承可供思考：
靜壓軸承.空氣靜壓軸承由于剛度特別是承載才能很差；雖然反轉(zhuǎn)精度很高和沖突丟失較.倉荒茉誄芨咚儐誠韉惹邢鞲漢珊芐〉嫩鮮褂.油靜壓軸承在高速反轉(zhuǎn)時；油囊內(nèi)發(fā)作紊流；液體沖突力也隨轉(zhuǎn)速增高而增大；會形成大的功率丟失和導(dǎo)致嚴(yán)峻的發(fā)熱；故高速反轉(zhuǎn)的切削機床仍很少選用(IBAG公司已有一種最高轉(zhuǎn)速為32000r/min油靜壓軸承電主軸供給).此外；FISCHER公司正研發(fā)一種以水為介質(zhì)；名為Hrdro-F的靜壓軸承電主軸；最高轉(zhuǎn)速36000r/min(功率67kW).
動、靜壓軸承.它用流體動力與流體靜力相聯(lián)系的辦法使主軸在油膜支撐中反轉(zhuǎn)；兼有動壓軸承和靜壓軸承的長處；剛度和精度高；阻尼大；壽數(shù)長；已用于Ingersoll主軸最高轉(zhuǎn)速為20000r/min的臥式加工中間和某些高速磨床上.但是；此種軸承在主軸軸頸外表線速度超越50m/s時；油流也會由層流變?yōu)槲闪鳎煌瑯訒尸F(xiàn)發(fā)熱嚴(yán)峻和功率丟失的難題；其進(jìn)一步高速化仍是一個正在研討的課題；并一向遭到業(yè)界人士的注重.
磁浮軸承.
它是運用電磁力將主軸懸浮在空氣中的一種高功用軸承；并且在運轉(zhuǎn)過程頂用活絡(luò)的傳感器不斷檢測主軸方位；并反饋給操控器實時調(diào)整電磁力；使與轉(zhuǎn)子(軸承轉(zhuǎn)子和電動機轉(zhuǎn)子)聯(lián)系在一起的主軸一向堅持在正確方位上.由于選用電子反饋體系進(jìn)行主動調(diào)理；其剛度和阻尼可控；主軸能主動動平衡；其反轉(zhuǎn)精度可高達(dá)0。1µm.磁浮軸承無機械觸摸；壽數(shù)很長；它的高速功用僅受轉(zhuǎn)子矽鋼片離心力的制約；轉(zhuǎn)子最高線速度可達(dá)200m/s.清楚明了；磁浮軸承很合適高速高精度切削機床運用；但由于操控雜亂；本錢很高；當(dāng)時實踐在機床上運用的還不多.德國GMN公司和瑞士IBAG公司已有老練的磁浮軸承電主軸出售(IBAG出產(chǎn)最高轉(zhuǎn)速為70000r/min和40000r/min的兩種類型).
高速主軸的動平衡和HSK刀柄
離心力與主軸轉(zhuǎn)速的平方成正比；主軸高速反轉(zhuǎn)時；細(xì)小的不平衡量也會導(dǎo)致宏大的離心力；形成機床振蕩進(jìn)而影響加工質(zhì)量；故此；動平衡是高速主軸體系需要仔細(xì)處理的難題.專業(yè)電主軸廠出產(chǎn)的電主軸都通過嚴(yán)厲的動平衡；通常都履行ISO規(guī)范G0。4級(G=ew；e為質(zhì)量中間與反轉(zhuǎn)中間之間的位移；即偏疼量；w為角速度)；即在最高轉(zhuǎn)速時殘馀動不平衡導(dǎo)致的振蕩速度最大不得超越0。4mm/s.廣義的主軸體系還包括刀具；加工過程中每替換一把刀具；其動不平衡量就會發(fā)作變化.為此；FISCHER公司供給一種在線主動平衡裝置；它能主動測出主軸體系的不平衡量；并主動使坐落電主軸前端的兩個平衡圓盤相對轉(zhuǎn)動到一個動不平衡量最小的方位.
北京機床研討所µ1000系列精細(xì)立式加工中間；在運用FANUC主軸電動機的根底上；自行制作了最高轉(zhuǎn)速為15000r/min的電主軸.該電主軸在制作過程中通過兩次準(zhǔn)確的動平衡；第一次是在轉(zhuǎn)子熱裝后；第2次是一切反轉(zhuǎn)零件安裝好且?guī)自S精度查驗結(jié)束后.一起；還在電主軸前后方位設(shè)有平衡環(huán)以備在線動平衡用.
主軸與刀具的銜接關(guān)系到加工質(zhì)量；如今簡直一切的專業(yè)電主軸廠均可按用戶需要供給各種規(guī)范和非規(guī)范的刀具接口；當(dāng)然不一樣的刀具接口對應(yīng)于不一樣的刀柄.傳統(tǒng)的7:24實心刀柄；與主軸孔僅靠錐面定位；當(dāng)主軸高速旋轉(zhuǎn)時；主軸錐孔會因離心力的效果而“脹大”；但實心錐柄不能隨之“脹大”；主軸孔便發(fā)作“張口”使刀具在其間搖晃；然后發(fā)作軸向定位差錯并影響主軸體系的動平衡.故近10幾年來另一種高速功用好的HSK刀柄敏捷鼓起；為愈來愈多的高速加工機床所選用；2001年已被列為國際規(guī)范ISO12164-1:2001.
HSK刀柄是選用錐面和端面雙定位的空心錐柄；其錐度為1:10且錐體比較短；在拉桿軸向拉力的效果下；刀柄的薄壁錐領(lǐng)會發(fā)作必定的彈性變形；使刀柄的短錐和端面與主軸的錐孔和端面嚴(yán)密貼會.圖5就是HSK刀柄與主軸的銜接狀況暗示：圖的上半部分為刀柄拉緊前的狀況；刀柄端面與主軸端面之間存在空地h，圖的下半部分為拉緊后的狀況；由于刀柄薄壁錐體的彈性變形消除了空隙h.在高速旋轉(zhuǎn)時；由于刀柄的薄壁錐體也會隨主軸錐孔的“脹大”而“脹大”；故中間不會發(fā)作空隙；兩者的端面也不會別離；所以HSK刀柄在高速加工過程中與主軸有杰出的銜接剛度；天然刀具能一向堅持高的定位精度；并且HSK刀柄較短、較輕；有利于進(jìn)步加工中間的換刀速度.
HSK系列刀柄有A、B、C、D、E、F等類型；用得最多的是A型和E型.HSK?A型刀柄有鍵槽；合適切削負(fù)荷較大時選用，HSK?E型沒有傳動鍵；僅靠錐面之間的沖突力來傳遞扭矩；合適切削負(fù)荷小時運用.
結(jié)語
雖然機床的切削速度還存在不小開展空間；但近三年國際高速加工機床主軸的最高轉(zhuǎn)速；好像已進(jìn)入一個相對平穩(wěn)的開展階段.以高速加工中間為例；當(dāng)時其主軸最高轉(zhuǎn)速除個別產(chǎn)物外根本上是：小型20000~60000r/min、中型10000~30000r/min、大(重)8000~24000r/min.從EMO2003得到的信息；其加工中間展品的最高轉(zhuǎn)數(shù)絕大多數(shù)為10000~30000r/min；最高的為60000r/min.
如今；高速切削機床的主軸體系首要選用電主軸單元；而電主軸的軸承又根本為滾動軸承；其dmh值通常都不超越250×104.從當(dāng)時的研討開發(fā)狀況來看；在不久的將來有能夠到達(dá)300×104乃至更高一點；也就是說滾動軸承內(nèi)徑為Φ50~55mm的電主軸；其最高轉(zhuǎn)速有望到達(dá)50000r/min左右.更高的速度需要則寄希望于磁浮軸承；磁浮軸承推廣運用的關(guān)鍵是要降低本錢；一起也要思考發(fā)熱和漏磁方面的難題.此外；與電主軸關(guān)聯(lián)的課題；比方集成傳感監(jiān)控、小型高出力主軸電機、輕量化主軸等；都正在深化研討中.
現(xiàn)時；國內(nèi)出產(chǎn)電主軸的廠家很少；國產(chǎn)電主軸尚未能充沛滿意市場需要(在CIMT2003展會上；國產(chǎn)數(shù)控機床配裝的電主軸只要23。8%是國內(nèi)產(chǎn)物).不過；在這一范疇；中國也已具有必定的根底和才能；在當(dāng)時國家清晰撐持國產(chǎn)數(shù)控機床功用部件開展的方針環(huán)境下；咱們更應(yīng)抓住機遇；加速國產(chǎn)高速電主軸的開展.
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