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数控金切机床的高速主轴体系(2)

来源:轴承网时间:2013-03-07

比来几年；由于陶瓷圆柱混合轴承的问世和油气光滑的较遍及运用；圆柱滚子轴承的高速功用得到较大改善；所以如今已有适当数量的高速加工中间；其电主轴的后轴承选用了答应内、外圈相对移动量较大并能接受更大径向负荷的圆柱滚子轴承(图4).这样就可在进步刚度的条件下；用比较简单的布局到达主轴可自在向后胀大的意图；瑞士Step-Tec公司出产的高速电主轴；这以后轴承就是选用陶瓷圆柱混合轴承.
高速电主轴除遍及选用滚动轴承外；还有其他几种轴承可供思考：
静压轴承.空气静压轴承由于刚度特别是承载才能很差；虽然反转精度很高和冲突丢失较.仓荒茉诔芨咚傧诚鞯惹邢鞲汉珊苄〉嫩鲜褂.油静压轴承在高速反转时；油囊内发作紊流；液体冲突力也随转速增高而增大；会形成大的功率丢失和导致严峻的发热；故高速反转的切削机床仍很少选用(IBAG公司已有一种最高转速为32000r/min油静压轴承电主轴供给).此外；FISCHER公司正研发一种以水为介质；名为Hrdro-F的静压轴承电主轴；最高转速36000r/min(功率67kW).
动、静压轴承.它用流体动力与流体静力相联系的办法使主轴在油膜支撑中反转；兼有动压轴承和静压轴承的长处；刚度和精度高；阻尼大；寿数长；已用于Ingersoll主轴最高转速为20000r/min的卧式加工中间和某些高速磨床上.但是；此种轴承在主轴轴颈外表线速度超越50m/s时；油流也会由层流变为紊流；同样会呈现发热严峻和功率丢失的难题；其进一步高速化仍是一个正在研讨的课题；并一向遭到业界人士的注重.
磁浮轴承.
它是运用电磁力将主轴悬浮在空气中的一种高功用轴承；并且在运转过程顶用活络的传感器不断检测主轴方位；并反馈给操控器实时调整电磁力；使与转子(轴承转子和电动机转子)联系在一起的主轴一向坚持在正确方位上.由于选用电子反馈体系进行主动调理；其刚度和阻尼可控；主轴能主动动平衡；其反转精度可高达0。1µm.磁浮轴承无机械触摸；寿数很长；它的高速功用仅受转子矽钢片离心力的制约；转子最高线速度可达200m/s.清楚明了；磁浮轴承很合适高速高精度切削机床运用；但由于操控杂乱；本钱很高；当时实践在机床上运用的还不多.德国GMN公司和瑞士IBAG公司已有老练的磁浮轴承电主轴出售(IBAG出产最高转速为70000r/min和40000r/min的两种类型).
高速主轴的动平衡和HSK刀柄
离心力与主轴转速的平方成正比；主轴高速反转时；细小的不平衡量也会导致宏大的离心力；形成机床振荡进而影响加工质量；故此；动平衡是高速主轴体系需要仔细处理的难题.专业电主轴厂出产的电主轴都通过严厉的动平衡；通常都履行ISO规范G0。4级(G=ew；e为质量中间与反转中间之间的位移；即偏疼量；w为角速度)；即在最高转速时残馀动不平衡导致的振荡速度最大不得超越0。4mm/s.广义的主轴体系还包括刀具；加工过程中每替换一把刀具；其动不平衡量就会发作变化.为此；FISCHER公司供给一种在线主动平衡装置；它能主动测出主轴体系的不平衡量；并主动使坐落电主轴前端的两个平衡圆盘相对转动到一个动不平衡量最小的方位.
北京机床研讨所µ1000系列精细立式加工中间；在运用FANUC主轴电动机的根底上；自行制作了最高转速为15000r/min的电主轴.该电主轴在制作过程中通过两次准确的动平衡；第一次是在转子热装后；第2次是一切反转零件安装好且几许精度查验结束后.一起；还在电主轴前后方位设有平衡环以备在线动平衡用.
主轴与刀具的衔接关系到加工质量；如今简直一切的专业电主轴厂均可按用户需要供给各种规范和非规范的刀具接口；当然不一样的刀具接口对应于不一样的刀柄.传统的7:24实心刀柄；与主轴孔仅靠锥面定位；当主轴高速旋转时；主轴锥孔会因离心力的效果而“胀大”；但实心锥柄不能随之“胀大”；主轴孔便发作“张口”使刀具在其间摇晃；然后发作轴向定位差错并影响主轴体系的动平衡.故近10几年来另一种高速功用好的HSK刀柄敏捷鼓起；为愈来愈多的高速加工机床所选用；2001年已被列为国际规范ISO12164-1:2001.
HSK刀柄是选用锥面和端面双定位的空心锥柄；其锥度为1:10且锥体比较短；在拉杆轴向拉力的效果下；刀柄的薄壁锥领会发作必定的弹性变形；使刀柄的短锥和端面与主轴的锥孔和端面严密贴会.图5就是HSK刀柄与主轴的衔接状况暗示：图的上半部分为刀柄拉紧前的状况；刀柄端面与主轴端面之间存在空地h，图的下半部分为拉紧后的状况；由于刀柄薄壁锥体的弹性变形消除了空隙h.在高速旋转时；由于刀柄的薄壁锥体也会随主轴锥孔的“胀大”而“胀大”；故中间不会发作空隙；两者的端面也不会别离；所以HSK刀柄在高速加工过程中与主轴有杰出的衔接刚度；天然刀具能一向坚持高的定位精度；并且HSK刀柄较短、较轻；有利于进步加工中间的换刀速度.
HSK系列刀柄有A、B、C、D、E、F等类型；用得最多的是A型和E型.HSK?A型刀柄有键槽；合适切削负荷较大时选用，HSK?E型没有传动键；仅靠锥面之间的冲突力来传递扭矩；合适切削负荷小时运用.
结语
虽然机床的切削速度还存在不小开展空间；但近三年国际高速加工机床主轴的最高转速；好像已进入一个相对平稳的开展阶段.以高速加工中间为例；当时其主轴最高转速除个别产物外根本上是：小型20000~60000r/min、中型10000~30000r/min、大(重)8000~24000r/min.从EMO2003得到的信息；其加工中间展品的最高转数绝大多数为10000~30000r/min；最高的为60000r/min.
如今；高速切削机床的主轴体系首要选用电主轴单元；而电主轴的轴承又根本为滚动轴承；其dmh值通常都不超越250×104.从当时的研讨开发状况来看；在不久的将来有能够到达300×104乃至更高一点；也就是说滚动轴承内径为Φ50~55mm的电主轴；其最高转速有望到达50000r/min左右.更高的速度需要则寄希望于磁浮轴承；磁浮轴承推广运用的关键是要降低本钱；一起也要思考发热和漏磁方面的难题.此外；与电主轴关联的课题；比方集成传感监控、小型高出力主轴电机、轻量化主轴等；都正在深化研讨中.
现时；国内出产电主轴的厂家很少；国产电主轴尚未能充沛满意市场需要(在CIMT2003展会上；国产数控机床配装的电主轴只要23。8%是国内产物).不过；在这一范畴；中国也已具有必定的根底和才能；在当时国家清晰撑持国产数控机床功用部件开展的方针环境下；咱们更应抓住机遇；加速国产高速电主轴的开展.

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