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數控金切機床的高速主軸體系(2)
來源:軸承網 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時；油囊內發作紊流；液體沖突力也隨轉速增高而增大；會形成大的功率丟失和導致嚴峻的發熱；故高速反轉的切削機床仍很少選用(IBAG公司已有一種最高轉速為32000r/min油靜壓軸承電主軸供給).此外；FISCHER公司正研發一種以水為介質；名為Hrdro-F的靜壓軸承電主軸；最高轉速36000r/min(功率67kW).
動、靜壓軸承.它用流體動力與流體靜力相聯系的辦法使主軸在油膜支撐中反轉；兼有動壓軸承和靜壓軸承的長處；剛度和精度高；阻尼大；壽數長；已用于Ingersoll主軸最高轉速為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；油流也會由層流變為紊流；同樣會呈現發熱嚴峻和功率丟失的難題；其進一步高速化仍是一個正在研討的課題；并一向遭到業界人士的注重.
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；并且在運轉過程頂用活絡的傳感器不斷檢測主軸方位；并反饋給操控器實時調整電磁力；使與轉子(軸承轉子和電動機轉子)聯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行主動調理；其剛度和阻尼可控；主軸能主動動平衡；其反轉精度可高達0。1µm.磁浮軸承無機械觸摸；壽數很長；它的高速功用僅受轉子矽鋼片離心力的制約；轉子最高線速度可達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出產最高轉速為70000r/min和40000r/min的兩種類型).
高速主軸的動平衡和HSK刀柄
離心力與主軸轉速的平方成正比；主軸高速反轉時；細小的不平衡量也會導致宏大的離心力；形成機床振蕩進而影響加工質量；故此；動平衡是高速主軸體系需要仔細處理的難題.專業電主軸廠出產的電主軸都通過嚴厲的動平衡；通常都履行ISO規范G0。4級(G=ew；e為質量中間與反轉中間之間的位移；即偏疼量；w為角速度)；即在最高轉速時殘馀動不平衡導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；自行制作了最高轉速為15000r/min的電主軸.該電主軸在制作過程中通過兩次準確的動平衡；第一次是在轉子熱裝后；第2次是一切反轉零件安裝好且幾許精度查驗結束后.一起；還在電主軸前后方位設有平衡環以備在線動平衡用.
主軸與刀具的銜接關系到加工質量；如今簡直一切的專業電主軸廠均可按用戶需要供給各種規范和非規范的刀具接口；當然不一樣的刀具接口對應于不一樣的刀柄.傳統的7:24實心刀柄；與主軸孔僅靠錐面定位；當主軸高速旋轉時；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”；主軸孔便發作“張口”使刀具在其間搖晃；然后發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；刀柄的薄壁錐領會發作必定的彈性變形；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；合適切削負荷小時運用.
結語
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速；好像已進入一個相對平穩的開展階段.以高速加工中間為例；當時其主軸最高轉速除個別產物外根本上是：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數絕大多數為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.從當時的研討開發狀況來看；在不久的將來有能夠到達300×104乃至更高一點；也就是說滾動軸承內徑為Φ50~55mm的電主軸；其最高轉速有望到達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鍵是要降低本錢；一起也要思考發熱和漏磁方面的難題.此外；與電主軸關聯的課題；比方集成傳感監控、小型高出力主軸電機、輕量化主軸等；都正在深化研討中.
現時；國內出產電主軸的廠家很少；國產電主軸尚未能充沛滿意市場需要(在CIMT2003展會上；國產數控機床配裝的電主軸只要23。8%是國內產物).不過；在這一范疇；中國也已具有必定的根底和才能；在當時國家清晰撐持國產數控機床功用部件開展的方針環境下；咱們更應抓住機遇；加速國產高速電主軸的開展.
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