采用电主轴的高速加工技术是目前机床行业非常热门的一个话题。在高速切削机床中,由于主轴单元系统各零件刚度和精度都较高,而负荷却不是很大,主轴因切削力引起的加工误差较小。增重法是近年来为适应高速主轴发展需要而开发出的一种新型平衡方法。但内装式电动机的功率损耗发热和轴承的摩擦发热不可忽视,在高速加工中,电主轴的热变形已成为影响机床加工精度的主要因素,机床热变形造成的加工误差达到工件总
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采用电主轴的高速加工技术是目前机床行业非常热门的一个话题。在高速切削机床中,由于主轴单元系统各零件刚度和精度都较高,而负荷却不是很大,主轴因切削力引起的加工误差较小。增重法是近年来为适应高速主轴发展需要而开发出的一种新型平衡方法。但内装式电动机的功率损耗发热和轴承的摩擦发热不可忽视,在高速加工中,电主轴的热变形已成为影响机床加工精度的主要因素,机床热变形造成的加工误差达到工件总加工误差的60% ~ 80%。对高速电主轴的热态特性进行分析,以减小温升和热变形。对于高速机床来说,电主轴作为其核心部件,除需提高合理的刚度、精度外,另外需考虑电动机和主轴轴承的发热及动平衡精度,原有机床主轴的设计理论已经不适合高速主轴系统的设计,由此引起了高速主轴系统设计理念和理论的变化。主轴轴承高速下的剧烈摩擦发热和高频电动机发热会使主轴产生热变形,甚至引起主轴系统失效,大大阻碍了新技术的发展。因此,高速电主轴技术在高速机床研究和发展中具有重要的意义,电主轴系统发热分析及控制措施在高速主轴系统中至关重要,是高速、机床必须要考虑和解决的关键技术问题之一。
刀具的接口一定要明确,这也是有原则的,一般情况下BT50的接口转速只能在8000RPM一下的电主轴中使用,BT40的接口可以在18000RPM下的电主轴中使用,如果要更高的转速,刀具接口需要选择相应的HSK等高速刀具接口,数控铣削电主轴上配用的ER弹簧夹头或者SD弹簧夹头也是有一定的许用高转速的。为了提高散热效果,保证电动机的绝缘安全,高速电主轴采用油一水热交换循环冷却系统如图3所示。第三点:磨用电主轴一般都是横扭矩设计的电机,电机的转速和功率以及电压的关系是等比关系,电压和功率随电主轴转速的增加线性增加。电流维持基本恒定不变,由于转矩和电流的关系是线性关系,所以称这种制式的电主轴为恒转矩制电机。
主轴回转误差对零件加工精度的影响很大。因此在机械加工中,应采取有效措施减少主轴回转误差对零件加工精度的影响。采取的措施可以从两个方面来考虑。由于主轴电动机两端就是主轴轴承,电动机的发热会直接降低轴承的工作精度,如果主电动机的散热解决得不好,将会影响到机床工作的可靠性和稳定性。首先要提高主轴的回转精度。主轴轴承是影响主轴回转精度的关键零件,对于精密机床可采用精密的滚动轴承,也采用多油楔动承和静承。同时还要提高与轴承相配合零件的精度。其次要减少主轴回转误差对零件加工的影响。可以采用运动和定位分离的主轴结构,使工件在加工过程中的回转精度不受机床主轴回转误差的影响,使主轴回转误差不反映到工件上。
电主轴通常采用动静压式轴承、复合陶瓷轴承或电磁悬浮轴承。动静压模式轴承具有很高的刚度和阻尼,能大幅度提高加工效率、加工质量、延长其刀具寿命、降低加工成本,这种轴承寿命多半无限长。结构,工艺精良,采用、免维护持久润滑油脂轴承,装有自动松拉刀机构,主轴主要构件的表面经过硬化处理,同时对外露表面更增加防腐蚀及水气物质侵蚀之工艺,以获得美化外观保证精度的效果。复合陶瓷轴承目前在电主轴单元中应用较多,这种轴承滚动体使用热压Si3N4陶瓷球,轴承套圈仍为钢圈,标准化程度高,对机床结构改动小,易于维护。电磁悬浮轴承高速性能好,精度高,容易实现诊断,但是由于电磁测控系统复杂,这种轴承价格十分昂贵,而且长期居高不下,至今没有得到广泛应用。电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物,电动机的转子即为主轴的旋转部分,理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。
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