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高速数控车床厂家详解高速电主轴的结构组成

  • 发布日期:2017-12-20     信息来源:本站      浏览次数:794
    •     数控机床的高速主轴具有高回转速度,但这并无严格的界限。对作为高速切削机床代表的加工中心和数控铣床而言,一般是指zui高转速≥10000r/min的主轴系统,并相应具有高的角加(减)速度,以实现主轴的瞬时升降速与起停。为适应制造业对机床加工精度愈来愈高的要求,高速切削主轴还应有较高的回转精度,通常要求主轴的径向跳动小于1或2μm,轴向窜动小于1μm。此外,主轴也要有足够的静、动刚度,以承受一定的切削负荷和保持高的回转精度。

          高速电主轴是高速机床的核心部件,它将机床主轴与变频电机轴合二为一,即将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件内部,也被称为内装式电主轴(builtinmotorspindle),其间不再使用皮带或齿轮传动副,从而实现机床主轴系统的“零传动”。电主轴典型的结构如图1所示。高速电主轴的结构紧凑、重量轻、惯性小、响应特性好,并可改善主轴的动平衡,减少振动和噪声,是高速机床主轴单元的理想结构。

          高速主轴单元包括动力源、主轴、轴承和机架四个主要部分,是高速机床的核心部件。这四个部分构成一个动力学性能及稳定性良好的系统,在很大程度上决定了机床所能达到的切削速度、加工精度和应用范围。高速主轴单元的性能取决于主轴的设计方法、材料、结构、轴承、润滑冷却、动平衡、噪声等多项相关技术,其中一些技术又是相互制约的,包括高速和高刚度的矛盾、高速和大转矩的矛盾等。

          从目前发展现状来看,主轴单元形成独立的单元而成为功能部件以方便地配置到多种加工中心及高速机床上,而且越来越多地采用电主轴类型。电主轴技术包括高速主轴轴承、无外壳主轴电机及其控制模块、润滑冷却系统、主轴刀柄接口和刀具夹紧方式以及刀具动平衡等。

          在高速主轴单元中,由于机床既要完成粗加工,又要完成精加工,因此对主轴单元提出了较高的静刚度和工作精度的要求。另外,高速机床主轴单元的动态特性也在很大程度上决定了机床的加工质量和切削能力。当切削过程出现较大的振动时,会使刀具出现剧烈的磨损或破损,也会增加主轴轴承所承受的动载荷,降低轴承的精度和寿命,影响加工精度和表面质量。因此,主轴单元应具有较好的抗振性。高速运转下,主轴单元的振动问题是非常突出的,采用电主轴是zui佳的选择,这是因为:
      (1)如果电机仍采用皮带或齿轮等方式传动,则在高速运转条件下,所产生的振动和噪声等问题难以解决,必会影响机床的加工精度、加工表面粗糙度。
      (2)为了提高生产率,要求在zui短时间内实现高的速度变化,即主轴回转时要具有极大的角加速度。达到这个要求的zui经济的办法,是将主轴传动系统的转动惯量尽可能地减小。而将电机内置,省掉齿轮、皮带等一系列中间环节,才是达到这一目标的理想途径。
      (3)电机内置于主轴两支承之间,可提高主轴系统的刚度,也就是提高了系统的固有频率,从而提高了其临界转速值。

          电主轴系统有三项性能指标是非常重要的,它们分别是:
      1)使用寿命。指更换一次轴承时主轴的累计工作时间。实际上就是指轴承的使用寿命。
      2)主轴前端径向刚度。是指电主轴工作端在单位径向力作用下产生的位移。这一指标对加工精度、生产效率影响很大。在其它条件相同的情况下,径向刚度越大,工作效率就越高。
      3)临界转速。是指当主轴旋转时,会使主轴出现挠度急剧增大、转动失稳现象的那些旋转速度。主轴工作转速应远离各阶临界转速,否则主轴将有可能处于共振区而产生剧烈振动。

         高速数控车床厂家表示这三项指标对于一根设计良好的主轴来说,均应达到预定的要求。在传统的电主轴设计中,由于缺乏必要的分析计算,只能等产品加工出来后再通过试验来考核其性能指标。若其性能指标不能满足预定的要求,则要修改设计,重新制做,这样必然导致产品的设计周期长,并且成本高。而现代设计方法则要求在设计过程中通过一些分析计算就应能够预测出主轴、轴承以及轴系的静、动态性能指标,在产品加工出来以前就能知道设计是否合理,从而大大缩短设计周期,降低生产成本。

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