加工中心電主軸原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用: g& M: Q& y4 v/ J! Z: ^
電主軸是最近十年在數(shù)控機床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術(shù)，它是高速數(shù)控機床的“核心”部件，它的性能直接決定了機床的高速加工性能。電主軸具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、振動小、噪音低、響應(yīng)快等優(yōu)點，可以減少齒輪傳動，簡化機床外形設(shè)計，易于實現(xiàn)主軸定位，是高速主軸單元中一種理想結(jié)構(gòu)。4 q9 o. A& E. A( h
1、電主軸的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
9 I1 S u4 j+ C6 R) n 電主軸的工作不僅轉(zhuǎn)速高，而且要求有很高的角減速度和角加速度、在指定位置快速準停，這就對其結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造和控制提出了非常嚴格的要求并帶來了一系列技術(shù)難題，如電主軸的散熱、潤滑及精密控制等。在設(shè)計中，必須妥善的解決這些問題，才能確保主軸穩(wěn)定可靠的高速運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)高效精密加工。. A* b0 t7 m, e& C" n' _
1.1電主軸的結(jié)構(gòu)
" z9 d7 q1 P6 i: v% h- t電主軸由主軸及主軸箱本體、內(nèi)置式的交流伺服電機、輔助裝置、檢測裝置組成。電機的轉(zhuǎn)子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支撐。轉(zhuǎn)子定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅(qū)動模塊控制，而主軸單元內(nèi)的溫升由冷卻裝置控制。在主軸的后面裝有測速、測角位移編碼器，松刀油缸，旋轉(zhuǎn)接頭；前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具，刀具夾爪；中間有刀具拉桿，刀具夾緊彈簧。
9 q0 e6 [* O5 ^1 A, k* `8 r x1.1.1電主軸的軸承及裝配方式
7 ~+ F2 r& c- s# y- s" o9 K （1）電主軸的軸承7 P3 J4 E" f" |* j1 D; }$ H% ^
高速電主軸的核心支撐部件是高速精密軸承。因為電主軸的最高轉(zhuǎn)速取決于軸承的大小、布置和潤滑方法，所以這種軸承必須具有高速性能好、動負荷承載能力高、潤滑性能好、發(fā)熱量小等優(yōu)點。近年來，相繼開發(fā)研制了陶瓷軸承、磁浮軸承、動靜壓軸承。
}, `9 `1 j; Q) Z. t+ B: }* Q% P8 Y 1.1.2定子與轉(zhuǎn)子
& p$ D2 z2 P9 V$ `* S: ]/ ? 高速電主軸的定子由具有高導(dǎo)磁率的優(yōu)質(zhì)矽鋼片迭壓而成。迭壓成型的定子內(nèi)腔帶有沖制嵌線槽。轉(zhuǎn)子是中頻電機的旋轉(zhuǎn)部分，它的功能是將定子的電磁場能量轉(zhuǎn)換成機械能。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、鼠籠、轉(zhuǎn)軸三部分組成。9 a' {1 P# Z5 a+ t7 ~; O
1.2 工作原理
" V T! r5 ~# P. t- }7 G3 p% D 電主軸作為加工中心的核心部件 ,它將機床主軸與交流伺服電機軸合二為一 ,即將主軸電機的定子、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件的內(nèi)部 ,并經(jīng)過精確的動平衡校正，具有良好的回轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性，形成一個完美的高速主軸單元，也被稱為內(nèi)裝式電主軸 (Built-inMotorSpindle) ,其間不再使用皮帶齒輪傳動副 ,從而實現(xiàn)機床主軸系統(tǒng)的“零傳動”，通電后轉(zhuǎn)子直接帶動主軸運轉(zhuǎn)。
7 G$ t# n1 X# J% \5 l$ i; Z2、主軸的冷卻及軸承的潤滑
" o* d. \+ W& g1 P2.1 冷卻: l) b: ^# I7 N9 K0 C5 ?6 s
內(nèi)置電動機的發(fā)熱和主軸軸承的發(fā)熱是電主軸有兩個主要的內(nèi)部熱源。如果不加以控制，由此引起的熱變形會嚴重降低機床的加工精度和軸承使用壽命，從而導(dǎo)致電主軸的使用壽命縮短。
( m6 I4 X% W4 c* ~" H8 F. ^$ ] 超高速主軸必須采用合理的、可控制的軸承精密潤滑系統(tǒng)來控制軸承的溫升 ,來保證機床工藝加工系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。高速電主軸的潤滑主要指主軸軸承的潤滑，一般以脂潤滑、油霧潤滑和油氣潤滑三種方式為主。+ D: |7 E0 C( _7 u8 \
3、主軸的動平衡設(shè)計. w I, C+ e) v: f) ]* _) z
在超高速主軸中 ,微小的不平衡量會產(chǎn)生巨大的振動 ,導(dǎo)致加工精度和表面質(zhì)量下降 ,因此設(shè)計中必須嚴格遵循對稱設(shè)計的原則 ,且主軸的每一個零件都必須經(jīng)過十分精密的加工、裝配、校正。由于電主軸的電機轉(zhuǎn)子直接和主軸聯(lián)結(jié) ,增加了主軸的轉(zhuǎn)動慣量 ,使主軸的極限轉(zhuǎn)速下降 ,因此超高速電主軸的動平衡精度要求十分嚴格 ,一般應(yīng)達到 G1～G0. 4級(G= eω,e 為質(zhì)量中心與回轉(zhuǎn)中心之間的位移 ,ω為角速度) 。這樣高的要求 ,僅在裝配前對主軸的每個零件分別進行動平衡是不夠的 ,必須在裝配后進行整體精確動平衡 ,甚至設(shè)計專門的自動平衡系統(tǒng)來實現(xiàn)主軸在線平衡 ,以確保主軸的高速平穩(wěn)運行。6 r' z- }2 h( x5 q& M7 x3 u+ G- S
4、主軸附件設(shè)計/ t9 |& G9 t$ ^- Y3 I! N/ W
電主軸要獲得好的性能和使用壽命，不僅對電主軸的軸承、伺服電機進行精心設(shè)計、制造、裝配，而且，它所帶附件設(shè)計要求也非常高。其附件不僅完美的實現(xiàn)電主軸的功能，而且要禁得起時間和速度的考驗。為了適用于加工中心，電主軸為了完成ATC(刀具自動交換)的動作過程和剛性攻絲過程，必須內(nèi)置主軸編碼器；為了高速切削刀具進行冷卻，選擇使用帶有陶瓷密封的旋轉(zhuǎn)接頭，為提供刀具內(nèi)冷冷卻液；電主軸還配備了自動松夾刀具裝置、主軸氣密封、松夾刀信號檢測開關(guān)等。* p# l! q7 Y- w7 i# m; X. k* \' J- c
5、電主軸的維護與應(yīng)用# d: R4 c f/ L1 c9 V: O) _0 Z6 c% _/ A
5.1電主軸的維護
8 Q2 X! r8 v' Q4 u: Z& W7 w 由于電主軸是高速精密元件，定期維護是非常有必要的。在奇瑞發(fā)動機公司電主軸定期維護如下：0 v. P& q2 c' I- \
5.1.1電主軸的軸向跳動一般要求為0.002mm（2μm），每年檢測2次.。
9 f8 M1 }5 P3 `5.1.2電主軸內(nèi)錐孔的徑向跳動一般要求為0.002mm（2μm），每年檢測2次。
2 X o( g2 [. M+ b5.1.3電主軸芯棒遠端（250mm）徑向跳動一般要求為：0.012mm（12μm），每年檢測2次。
* L3 v- h# j/ _2 |. w. _& j9 u5.1.4蝶形彈簧的漲緊力要求為：16~27KN（以HSK63為例）每年檢測2次。
, D2 f) A4 S9 w: _5.1.5拉刀桿松刀時伸出的距離為：10.5±0.1mm（以HSK63為例）每年檢測4次。& N$ I9 e j3 Q' r% N4 i; _
5.2電主軸的應(yīng)用
& k' E- z. P; w% [ 電主軸作為高速數(shù)控機床最關(guān)鍵部件，其性能好壞在很大程度上決定了整臺高速機床的加工精度和生產(chǎn)效率，因此各工業(yè)國家都十分關(guān)注高速電主軸的研究與發(fā)展，紛紛投入巨資，裝備精良的加工和測試設(shè)備，建立恒溫、潔凈的裝配環(huán)境，形成了不少電主軸的專業(yè)生產(chǎn)基地。我國電主軸的設(shè)計制造技術(shù)剛剛起步，目前尚未形成批量生產(chǎn)規(guī)模，電主軸的各項性能指標和國外尚有較大的差距。為了加快我國高速加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，加速數(shù)控機床產(chǎn)品的更新?lián)Q代，建議進一步組織力量進行技術(shù)攻關(guān)，早日實現(xiàn)電主軸的專業(yè)化批量生產(chǎn)。 |
發(fā)表于 2008-6-25 15:29:56
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