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發(fā)表于 2008-6-25 15:39:14
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加工中心電主軸的原理,、結構,、應用
加工中心電主軸原理,、結構、應用9 z/ V# a" N" w6 ^ N
電主軸是最近十年在數(shù)控機床領域出現(xiàn)的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術,，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。電主軸具有結構緊湊,、重量輕,、慣性小、振動小,、噪音低,、響應快等優(yōu)點，可以減少齒輪傳動,，簡化機床外形設計,，易于實現(xiàn)主軸定位，是高速主軸單元中一種理想結構,。% Y1 ]: x& Q5 {" ^, M! z: p& C! [
1,、電主軸的基本結構和工作原理! W# A' n, l! w, z1 V5 j$ p
電主軸的工作不僅轉速高，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,，這就對其結構設計、制造和控制提出了非常嚴格的要求并帶來了一系列技術難題,，如電主軸的散熱,、潤滑及精密控制等。在設計中,，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，實現(xiàn)高效精密加工,。
$ b# q1 \9 Z3 o" A I. H( ?1.1電主軸的結構
- }! U$ }) H$ P! ~9 c( M5 M( l. ]; M6 V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,。
7 Q/ U# s) U- {; Z9 r1.1.1電主軸的軸承及裝配方式3 J* _! I$ d+ s+ b$ o+ q
（1）電主軸的軸承4 d& e) ^& X( y' v6 d: _
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,。" @% o& K# n4 C! y2 _7 Q8 ?
1.1.2定子與轉子 ' M7 H3 q' i# p% k
高速電主軸的定子由具有高導磁率的優(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。轉子是中頻電機的旋轉部分,，它的功能是將定子的電磁場能量轉換成機械能,。轉子由轉子鐵芯、鼠籠,、轉軸三部分組成,。. S1 [6 D$ O; X6 Y0 C4 S
1.2 工作原理
0 K/ ]" c- h" A' g8 Z) _9 f 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”,，通電后轉子直接帶動主軸運轉,。
8 o$ K. x0 s7 i; \% b, H( |, _+ Y7 n2,、主軸的冷卻及軸承的潤滑; h& [* W3 t5 ^" C4 Z$ ^, Y
2.1 冷卻8 s2 B9 Q! Z7 r& B! L+ Y
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,，從而導致電主軸的使用壽命縮短,。
: h' Q" o9 H' Y5 L4 a" Y7 s9 [ 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。
- D0 T) Q: q# Y: k3,、主軸的動平衡設計
! w% o4 c% j, p2 | 在超高速主軸中 ,微小的不平衡量會產(chǎn)生巨大的振動 ,導致加工精度和表面質(zhì)量下降 ,因此設計中必須嚴格遵循對稱設計的原則 ,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子直接和主軸聯(lián)結 ,增加了主軸的轉動慣量 ,使主軸的極限轉速下降 ,因此超高速電主軸的動平衡精度要求十分嚴格 ,一般應達到 G1～G0. 4級(G= eω,e 為質(zhì)量中心與回轉中心之間的位移 ,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。) d& e. g( N* S7 L% X2 o
4,、主軸附件設計
9 P1 m7 e% F4 ^2 z1 X 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計,、制造,、裝配，而且,，它所帶附件設計要求也非常高,。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等,。9 y9 I7 J) u* ~3 s% s2 W' ?0 |
5,、電主軸的維護與應用- i. C5 q/ k: \6 Z+ f) {6 h
5.1電主軸的維護
7 w8 X7 Y& F8 N y1 H. X 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：
9 M4 O6 \6 D+ Y& ?6 x- B; A* `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.。
, a- L9 z8 U% b; r4 x5.1.2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,。, M8 `: C. s) A# R
5.1.3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,。 U$ z. I( i/ `: B* z
5.1.4蝶形彈簧的漲緊力要求為：16~27KN（以HSK63為例）每年檢測2次,。
- f/ S2 f$ W) \8 M n& {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。, J' `% Y/ f: P4 q! N: h
5.2電主軸的應用 O# M0 O7 _- o' P% J6 ^7 t+ e
電主軸作為高速數(shù)控機床最關鍵部件,，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,。我國電主軸的設計制造技術剛剛起步,，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的發(fā)展與應用,，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攻關,，早日實現(xiàn)電主軸的專業(yè)化批量生產(chǎn),。 |
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發(fā)表于 2008-6-25 15:29:56
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