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数控机床高速电主轴技术要点分析

返回列表 来源: 发布日期: 2022.12.30 浏览次数:1562
高速电主轴,即内置电机主轴单元,是数控机床的重要组成部分。主轴电机安装在机床的主轴单元中,驱动主轴,从而促使电机和主轴成为一个整体。提高数控机床的运行效率,需要掌握高速电主轴的技术要点,充分发挥其优势,同时促进电主轴技术的不断提高。

1.高速电主轴的优势

传统数控机床上的主轴运行,在发挥电机驱动功能的过程中,主要驱动中间传动装置和传动装置,如齿轮、皮带和联轴器等。这就是“机械主轴”,也形象地称为分离式主轴和直连式主轴。与这种传统的主轴相比,电主轴具有以下优点。

(1)主轴运转时,由内置电机驱动,不经过中间传动装置和传动装置。其设计结构简单紧凑,能提高运行效率,精度高。在运行过程中,不会有大的噪音,震动也很小。

(2)充分利用交流变频技术。在额定转速范围内,电主轴可以无级变速。机床运行时,无论任何工况或负载变化,电主轴都具有良好的适应性。

(3)内置电机运行时,可控制闭环矢量,根据控制指令有效调节功率,灵活控制驱动装置的运行速度和输出扭矩。电主轴可以满足各种大功率要求,如大扭矩低速重切削,或高速精加工。电主轴可以起到很好的作用,也可以实现准停,同时满足C轴传动功能。

(4)电主轴可以高速运行,稳定性好,动态精度高,使得数控机床的切削速度更高,加工精度更高。

(5)由于电主轴的运转不需要经过中间的传动环节,所以稳定性更高,不会受到外界冲击的影响。主轴的轴承不需要承受大的动载荷,可以延长精度寿命。

(6)电主轴使电机和主轴形成一个整体,形成一个单元,使电主轴可以系列化生产,形成一定的规模,生产更加专业化。电主轴作为数控机床的功能部件,也作为一种商品进入市场。企业可以根据数控机床主机的运行需要选择电主轴,这将促进组合机床的发展。

2.高速电主轴的技术要点

2.1高速电主轴的高速精密轴承技术

在电主轴系统中,主轴轴承技术是关键,主要包括三种,即静压轴承、角接触球轴承和磁力轴承。其中,液体静压轴承将液体静压轴承和液体动压轴承结合在一起,综合了两者的优点。高速性能好,调速范围大。角接触球轴承常用于数控机床,起主轴支撑作用,对高速性能有一定影响。造成这种现象的主要原因是滚珠由氮化硅制成,在高速作用下会增大离心力和陀螺力矩,使轴承的高速性能得到充分发挥,滚动体直径减小。由于制造成本高,控制系统复杂,该轴承不能轻易解决运行中的发热问题,只能用于特殊场合。

2.2高速电主轴的动平衡技术

高速电主轴具有高速、高精度运行和高加工效率的特点,但这些特点是建立在动平衡的基础上的。电主轴的运行状态会受到很多因素的影响,比如制造因素,主轴安装过程中的误差,或者材料不均匀,必然会导致运行不平衡。通常电主轴在运转时,运转速度可以超过10000转/分,甚至达到60000 ~ 100000转/分。主轴运转时,即使不平衡量很小,也可能影响主轴的旋转精度,甚至影响轴承支承系统的稳定性。因此,必须严格要求高速电主轴的动平衡精度。

为了提高电主轴的平衡性,电主轴的设计应采用对称结构,加工装配时应提高精度。主轴从工厂回收时,调整初始动平衡,改善主轴平衡。但是主轴刀具还是会有轻微的不对称,甚至刀具磨损或者切屑粘刀,原来的动平衡还是会被打破。由于工作条件复杂,主轴刀具系统会受到干扰,如切削力激励、离心力、热变形等都是重要的影响因素,从而破坏主轴系统,使其无法保持稳定、平稳的运行状态。为了使电主轴保持高速运行状态,保证数控机床高效稳定运行,需要设计一个在线运行和自动运行的动平衡系统,并根据实际应用需要不断完善,以充分发挥其价值。

2.3高速电主轴的润滑技术

润滑高速电主轴,主要是主轴轴承。因此,必须采用科学有效的润滑系统来控制轴承的温升,以保证机床工艺系统在运行中的精度和稳定性。在选择高速电主轴的润滑方式时,需要与轴承类型、运转速度、负载等有关。可以根据需要选择脂润滑方式、油雾润滑方式或喷射润滑方式。

2.4高速电主轴的冷却技术

电机的定子安装在电主轴的外壳内,电主轴采用封闭式设计。当它处于高速运行状态时,由于散热条件的缺乏,会出现外壳过热的情况。电主轴内部安装了两个热源:第一个热源是电机在运行过程中会因损耗而发热;第二个热源是由轴承运行过程中产生的摩擦引起的。当电机运行过程中产生热量时,主要起散热作用的是主轴壳体,部分热量通过主轴传递给轴承,导致轴承温度迅速升高,其使用寿命势必受到影响。主轴的制造精度受热伸长的影响,因此无法保证主轴系统的稳定性和可靠性。电主轴冷却的方法是在定子与外壳连接的位置安装循环冷却水套,共同润滑轴承,减少发热。合理的润滑不仅能起到润滑的作用,还能起到冷却的作用。

2.5高速电主轴的主轴电机技术

电主轴中使用的大多数电机是交流异步感应电机。由于永磁电机提高了性能,交流永磁同步电机被广泛使用。其优点是电主轴转子不再发热,电主轴不再产生热变形,转子不磨损,电主轴运行效率提高,转动惯量减小,启动和准停速度加快。当电主轴低速运行时,也能保持良好的性能。

2.6高速电主轴的精密加工和精密装配技术

电主轴在高速运转时,为了保证其刚性和转动精度,需要对重要零件进行精密加工,甚至是超精密加工。装配主轴零件时,需要提高精度。在主轴单元中,所有的工件都需要进行精密加工,包括壳体和轴承座的加工等。,并且轴承隔圈会随主轴高速旋转,这也要求很高的加工精度。另外,在高速电主轴上装配加工刀具的过程中,需要先进的工艺,装配的精度要满足要求。

2.7高速电主轴的温度保护技术

设计高速数控铣床时,需要启动冷却系统对主轴进行冷却。主轴中有三个轴承,即前轴承、中轴承和后轴承。主轴的运行速度和功率是不同的。如果温度传感器安装在轴承附近,可以实时监控主轴轴承的温度。温度传感器在采集信号时,需要起到可编程逻辑控制器输入模块的作用。不同类型的传感器将信号分为4 ~ 20mA。在设计机床控制程序时,需要根据传感器信号计算和标定温度。在实施轴承温度保护时,还需要在程序中设置阈值极限值来保护轴承。

3.结论。

通过以上研究可以明确,在机械产品的制造过程中,应用高速加工技术可以解决许多难题,加工精度高,质量有保证。因此,该技术在制造业中被广泛应用,成为主流技术。目前,高速电主轴技术发展迅速,各行业都在根据自己的需要对该技术进行深入研究。在提高技术应用效率的同时,还需要充分发挥其节能环保的特性,实现智能化发展。

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