电主轴在数控机床中的应用_尤国强

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电主轴的结构特点 电主轴是 ( 高 频 主 轴 )* #$%&"’()*+),-."/0$,12)#
的简称 " 也称( 电马达 )* 3454("60$,12)# " 是内装式电机 主轴单元 & 其主要特征是将电机内置于主轴内部直接 驱动主轴 " 实现电机 % 主轴一体化的功能 & 粘附在齿的顶部 & 这个刃带宽度 ! 一般取 <=7AB<=8">>&
国际数控机床技术的发展和制造技术的进 步"要 求现代数控机床应具备高转速 % 高精度 % 高效率及高可 靠 性 "以 满 足 飞 机 制 造 %航 天 等 行 业 对 铝 合 金 %钛 合 金 材料零件的高速精密加工 & 国际上对环保要求也在不 断提高 " 必须少用或不用切削液 " 用干切削的方式来加 工零件 " 达到环保的目的 & 为满足以上加工要求 " 机床主轴必须具备相应的 高转速和高精度 & 高速精密电主轴应运而生 " 它以结构 紧凑 % 高转速 % 高精度 % 高效率等优点 " 广泛地应用在现 代数控机床中 " 成为数控机床重要的功能部件之一 &
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支承必须满足电主轴高速 ’ 高回转精度的要求 # 同时需 要有相应的刚度 $ 电主轴的支承形式主要有滚动轴承 支承 # 气压和液压的动 ’ 静压轴承支承和电磁轴承支承 三种 # 其中使用最普遍的是滚动轴承支承 $ 滚动轴承不但具有较好的高速性能 # 还具有支承 刚性好 ’ 价格适中 ’ 便于维修更换的优点 # 应用广泛 $ 高 速精密电主轴一般采用高速性能好的小钢球精密角接 触球轴承 $ 另外 # 还可采用钢球外面镀陶瓷的角接触球 轴承以及采用陶瓷球的角接触球轴承 $ 钢球外面镀陶 瓷的角接触球轴承高速性能优于小钢球角接触球轴 承 % 陶瓷球的角接触球轴承高速性能更佳 # 其极限速度 可以达到同规格钢质球轴承的 !%& 倍 $同时具有疲劳寿 命长 ’ 工作温度较低 $无须改变润滑条件即可提高速 度 性能等优点 $ 当然 #其价格很高 $
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电主轴的支承 电主轴的支承需要选择合适的主 轴 轴 承 形 式 #其
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一种夹持窄白钢刀的夹刀体
刘安明 (山西绛县 ’ 号信箱 技术处 ! 山西 绛县 "&#("( % 在机加生产过程中 ! 生产工人经常要用到白钢刀 & 白钢刀在加工一些尼龙 ’ 铝 ’ 铜窄槽等工件时要比合金 刀 有 优 势 !这 主 要 因 为 白 钢 刀 易 磨 成 形 !锋 利 !不 易 磨 损 ! 而且白钢刀规格品种多 ! 使用方便 " 但使用窄白钢 刀时装夹不方便 ! 如将 !%% ’#%%’&%% 宽的白钢刀直 接装夹在刀架上!一是装夹不稳!二是刀具离卡盘间隙过 大!刀架易碰到卡盘!这些都给加工带来许多不便" 我们设计了一种适合装夹窄白钢 刀 的 夹 刀 体 !实 际应用效果很好 ! 而且制作容易 " 如图 ! 在一块适合刀 架安装的夹刀体上铣出 ! 槽和 " 槽 !! 槽与使用的白钢 刀高度一致 ! 可略宽一些 !然后热处理 " 将白钢刀装在 ! 槽 中 !夹 刀 体 安 装 在 刀 架 上 !压 紧 刀 架 上 的 螺 钉 即 可 ! 因为 " 槽是空心 ! 在力的作用下可将刀具夹紧 " 这种夹 刀体可安装一些窄的白钢刀 ! 在加工尼龙切断 ’ 铜垫 片 ’铝挡环 ’ 切槽时都很方便 " 不仅刀具可以接近卡盘 ! 避免了不小心刀架会碰到卡盘的危险 ! 而且可稳定夹 持白钢刀 "
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电主轴及轴承的冷却 由于电主轴的转速很高 $ 运转时会产生大量热量 $
引 起 电 主 轴 的 温 升 # 严 重 影 响 电 主 轴 的 正 常 工 作 %因 此 # 必须严格控制电主轴的温度 # 使其衡定在一个恒定 值内 $ 对此 # 可采取强制循环油冷却的方式对电主轴的 定子及主轴轴承进行冷却 # 确保电主轴在恒定的温度 范围内正常工作 $ 具体措施 & 以经过油冷却装置的冷却 油强制性地在主轴定子外及主轴轴承外循环 # 带走电 主轴转速产生的热量 $ 这两种类型的电主轴应用场合不同 & 恒转矩的电 主轴适合于磨削及高速钻削 # 电主轴的转速越高 # 输出 功 率 越 大 %恒 功 率 电 主 轴 则 主 要 用 于 镗 ’铣 ’车 削 等 切 削 范 围 广 ’工 况 变 化 大 的 地 方 #在 这 种 切 削 情 况 下 #低 速段要求较大扭矩 # 而高速段需要维持相当的功率 $ 油冷装置控制方式有两种 & 定温控制与差温控制 $ 由于要考虑环境的影响 # 一般采用差温控制 $ 注意 & 电 主轴的运转温度不能高# 但也不能太低$ 一般大于
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电主轴主轴轴承的润滑 电主轴主轴轴承的润wenku.baidu.com可根据具体的使用要求 $当
转 速 要 求 不 是 太 高 时 $根 据 选 用 轴 承 提 供 的 数 据 $在 允 许范围内 $可使用油脂润滑 $ 因为油脂润滑简单 ’ 方便 # 不须任何附加设施 $ 当主轴转速要求较高 # 油脂润滑不能满足时 # 可以 考虑采用油雾润滑 ’ 喷油润滑及油气润滑 $ 目前国际上 最流行的是油气润滑 $ 油气润滑必须使用相应的油气润滑装置 $ 其原理 是用微量泵定时打出定量小油滴 # 经通过净化冷却的 干燥空气来润滑每个轴承的润滑点 $
与有中间传动装置 % 变速装置* 如皮带 % 齿轮 % 联轴 节等 # 的传统机床主轴相比 "电主轴具有如下特点 $ * 7# 主 轴 由 内 装 式 电 机 直 接 驱 动 " 省 去 了 中 间 传 动环节 " 具有结构紧凑 % 机械效率高 % 噪声低 % 振动小和 精度高等特点 & * 8# 电主轴可在额定转速范围实现无级调速 & * 9# 可实现精确的主轴定位及 : 轴传动功能 & * ;# 电 主 轴 更 易 实 现 高 速 化 " 其 动 态 精 度 和 动 态 稳定性更好 & 主轴径跳可达 $ 端部 <=<<; >>?距主轴端 部 9<< >> 处 <=<<@ >>& * A# 由 于 没 有 中 间 传 动 环 节 的 外 力 作 用 " 主 轴 运 行更平稳 " 使主轴轴承的寿命得到延长 & 电主轴电机的类型 根据电主轴电机的控制方法及输出特性 " 电主轴 可分多种类型 & 为好 & 如果铰刀使用率大 " 磨损快 " 可采用金刚石或立 方 氮 化 硼 铰 刀 "甚 至 可 仿 效 国 外 采 用 粉 末 冶 金 高 速 钢 铰刀 &
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齿槽形状及铰刀材料的选用 齿槽形状有三种 " 一般铰刀使用直线齿背式 * 图
* 编辑 黄
荻#
8# 或圆弧齿背式* 图 9# " 硬质合金铰刀使用圆弧直线
齿背式或折线形齿背式 * 图 ;# & 笔者发现直径大于 8<">> 的一般铰刀采用折线形齿背式齿槽 " 可取得很好的排 屑空间 & 在这里要注意图 ; 中 " 值 "从表面看 "" 值大一 点可提高 刀 齿 强 度 " 其 实 " 若 " 值 过 大 " 则 切 屑 不 能 进 入槽里形成理想屑卷 " 会堆积在前刀面 " 影响表面加工 质量 & 铰 刀 材 料 目 前 还 在 使 用 C7@:(;D " 从 节 省 钨 资 源 和 提 高 刀 具 性 能 上 看 " 还 是 采 用 CE34A:(;D8 等 材 料
( 编辑 明 涛%
!!!!!!!!!! 收稿日期 #.##.2 #34 "1 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
油气润滑不但能润滑主轴轴承 ! 还能将轴承运转 产生的热量带走一部分 " 但由于油气润滑时气压较高 ! 因此对应每个润滑点的进口 ! 在对面相应设置一个出 气口 " 油气润滑结构复杂 ! 设计制造困难 ! 加上需要专 门的油气润滑装置 !价格较贵 "
术 " 对电主轴内部各关键零件的精密加工及热处理将 直接影响电主轴的精度和性能 " 在电主轴的精密装配中 ! 一定要小心谨慎 ! 任何外 力的冲击和磕碰都会影响电主轴的精度 " 具体方法 # 在 干燥无尘的环境下 ! 用合适的工具和装备 ! 将主轴擦洗 干净 ! 去除倒角毛边 ! 并对主轴和转子作抗腐蚀处理 " 电主轴采用热套的方法 !先将转子加热至 "/#!0.## !! 主轴温度在 1#! 以下 ! 快速将主轴装入转子正确位置 ! 慢慢等转子和主轴冷却至室温 " 在主轴和转子端面作一记号 ! 作为拆卸更换主轴 轴承后下次装配的记号 " 之后 ! 对主轴回转组件做动平 衡试验 ! 以保证主轴能以设计要求的最高转速运行 " 另 外 !为 了 保 证 使 用 安 全 !电 主 轴 必 须 确 保 接 地 ! 接地导线以通过 . 倍电主轴额定电流为准 " 随着电主轴技术的日益完善 ! 随着高速加工技术 的发展 ! 电主轴的应用越来越普遍 ! 应用领域越来越 宽 !其所起的作用也将越来越大 "
+ 参考文献 ,
+" , +! , +# , +1 , 孟少农 $ 机械加工工艺手册 +,-$ 北京 . 机械工业出版社 /0((0$ 许先绪 $ 非标准刀具设计手册 +,-$ 北京 . 机械工业出版社 /0((!$ 叶伟昌 / 崔永茂 $ 金属切削刀具 +,-$ 北京 . 机械工业出版社 /0((0$ 陆剑中 / 周志明 $ 金属切削原理 +,-$ 北京 . 机械工业出版社 /0((0$
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尤国强 ! 江苏多棱数控机床股份有限公司 "江苏 常州 !"#$"!# 摘 要 $ 介绍电主轴的结构特点 % 选用方法 " 以及如何给数控机床电主轴选择合适的轴承 % 润滑 % 冷却方式和制 造与装配电主轴的相关技术 & 关键词 $ 高速加工!""电主轴 !""" 结构特点 !"""润滑 !""" 冷却 !"" 装配 中图分类号 $%%&’( 文献标识码 $) 文章编号 $"$$!&!###!!$$# ’$!&$$*#&$#
!!!!!!!!!! 作 者 简 介 $ 朱 建 东 !0(*# -#" 男 " 助 理 工 程 师 " 主 要 从 事 零 件 工 艺 编
制 % 设备大修 % 零部件测绘等工作 & 收稿日期 $!""!20"30’
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! !" 根 据 电 主 轴 内 装 式 电 机 的 控 制 方 法 # 可 分 为 普通交流变频电主轴及交流伺服电主轴两类 $ 普通交 流变频电主轴结构简单 # 成本低 # 但存在低速输出功率 不稳的问题 #难以满足低速大扭矩的要求 $ 交流伺服控制电主轴低速输出性能好 # 可实现闭 环控制 # 经常用于加工中心等要求主轴定位或有 " 轴 传动的数控机床 $ ! #" 根据电主轴内装式电机的输出特性 # 电 主 轴 主要分为恒转矩和恒功率两类 # 前者在全速范围内输 出的转矩是恒定的 # 输出功率与转速成正比 % 后者在低 速段的输出是恒转矩 # 高速段则是恒功率 $
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电主轴在数控机床应用中的相关技术 在设计机床时 # 电主轴这个功能部件既可由供应
商制造 $也可自行购买电主轴电机的转 子 ’ 定子及定子 冷却水套 # 由机床制造厂自己制造主轴 ’ 前后端盖等零 件 #并 配 备 轴 承 ’编 码 器 等 外 购 件 #配 置 相 应 的 冷 却 和 润滑功能 #完成电主轴部件的制造与装配 $ 外购电主轴 # 机床制造厂只需提出机床主轴所需 的性能参数# 由供应商按性能参数制造相应的电主 轴 %自 制 电 主 轴 #机 床 制 造 厂 就 要 考 虑 电 主 轴 的 结 构 设计#外 购 件 的 选 择 #零 件 设 计 及 冷 却’润 滑 管 路 设 计 #以 及 零 件 的 制 造 ’检 测 和 装 配 #电 主 轴 转 动 部 件 的 动平衡等等 $ 本文仅就与自制电主轴部件相关的主要技术进行 介绍 $
’(! # 最高不超过 )(! $ 因为温度太低 # 将使潮气浓缩
成 雾 #影 响 电 主 轴 的 定 子 #使 电 机 绝 缘 状 况 变 差 #具 体 可根据周边环境温度 # 通过调节油冷机冷却介质的流 量及温度来达到使电主轴运转时温度恒定的目的 $ 另外 # 在设计电主轴组件时 # 电主轴转子中的主轴 及前后轴承座等零件 # 最好采用同样密度 ’ 同样比热的 材料 # 以保证整个电主轴组件运转的热平衡性 $