國(guó)內(nèi)外高速電主軸技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)
2021.06.24隨機(jī)床技術(shù)、高速切削技術(shù)的發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用的需要,對(duì)機(jī)床電主軸的性能也提出越來越高的要求,電主軸技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)繼續(xù)向高速度、高剛度方向發(fā)展。由于高速切削和實(shí)際應(yīng)用的需要,隨著主軸軸承及其潤(rùn)滑技術(shù)、精密加工技術(shù)、精密動(dòng)平衡技術(shù)、高速刀具及其接口技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)控機(jī)床用電主軸高速化已成為目前發(fā)展的普遍趨勢(shì)。在電主軸的系統(tǒng)剛度方面,由于軸承及其潤(rùn)滑技術(shù)的發(fā)展,電主軸的系統(tǒng)剛度越來越高,以滿足數(shù)控機(jī)床高速、高效和精密加工發(fā)展的需要。
(2) 向高速大功率、低速大轉(zhuǎn)矩方向發(fā)展。根據(jù)實(shí)際使用需要,多數(shù)數(shù)控機(jī)床需同時(shí)滿足低速粗加工時(shí)的重切削、高速切削時(shí)精加工的要求,因此機(jī)床電主軸應(yīng)該具備低速大轉(zhuǎn)矩、高速大功率的性能。
(3)進(jìn)一步向高精度、高可靠性和延長(zhǎng)工作壽命方向發(fā)展。 用戶對(duì)數(shù)控機(jī)床的精度和使用可靠性提出越來越高的要求,作為數(shù)控機(jī)床核心功能部件之一的電主軸,要求其本身的精度和可靠性也隨之越來越高。如主軸徑向圓跳動(dòng)在0.001mm以內(nèi)、軸向定位精度在0.0005mm以下。同時(shí),由于采用特殊的精密主軸軸承、先進(jìn)的潤(rùn)滑方法及特殊的預(yù)負(fù)荷施加方式,電主軸的壽命相應(yīng)得到延長(zhǎng),其使用可靠性越來越高。
(4) 電主軸內(nèi)置電動(dòng)機(jī)性能和形式多樣化。為滿足實(shí)際應(yīng)用需要,電主軸電動(dòng)機(jī)的性能不斷得到改善,如瑞士FISCHER公司主軸電動(dòng)機(jī)輸出的恒轉(zhuǎn)矩高轉(zhuǎn)速與恒功率高轉(zhuǎn)速之比(即恒功率調(diào)速范圍)達(dá)到1:14。 此外,出現(xiàn)水磁同步電動(dòng)機(jī)電主軸,與相同功率的異步電動(dòng)機(jī)電主軸相比,同步電動(dòng)機(jī)電主軸的外形尺寸小,有利于提高功率密度,實(shí)現(xiàn)小尺寸、大功率。
(5) 向快速起、停方向發(fā)展。為縮短輔助時(shí)間,提高效率,要求數(shù)控機(jī)床電主軸的起、停時(shí)間越短越好,因此需要很高的起動(dòng)和停機(jī)加(減)速度。目前,國(guó)外機(jī)床電主軸的起停加速度可達(dá)到1g以上,全速起停時(shí)間在1s以內(nèi)。
(6) 軸承及其預(yù)載荷施加方式、潤(rùn)滑方式多樣化。除常規(guī)的鋼制滾動(dòng)軸承外,近年來混合陶瓷球軸承得到廣泛應(yīng)用,潤(rùn)滑方式有油脂、油霧、油氣等,尤其是油氣潤(rùn)滑方法(又稱oil+air),由于具有適應(yīng)高速、環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn),從而得到廣泛的推廣和應(yīng)用;滾動(dòng)軸承的預(yù)負(fù)荷施加方式除剛性預(yù)負(fù)荷(又稱定位預(yù)負(fù)荷)、彈性預(yù)負(fù)荷(又稱定壓預(yù)負(fù)荷)之外,又發(fā)展了一種智能預(yù)負(fù)荷方式,即利用液壓缸對(duì)軸承施加預(yù)負(fù)荷,且可根據(jù)主軸的轉(zhuǎn)速、負(fù)載等具體工況控制預(yù)負(fù)荷的大小,使軸承的支承性能更加優(yōu)良。在非接觸形式軸承支承的電主軸方面,如磁懸浮軸承、氣浮軸承電主軸(瑞士IBAG等)、液浮軸承電主軸(美國(guó)Ingersoll等)等已經(jīng)有系列商品供應(yīng)市場(chǎng)。
(7)刀具接口逐步趨于HSK刀柄技術(shù)。機(jī)床主軸高速化后,由于離心力作用,傳統(tǒng)的錐度為7:24的通用刀柄結(jié)構(gòu)己不能滿足高速使用要求,需要采用HSK (1:10) 等其他符合高速要求的刀柄接口形式。HSK刀柄具有突出的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)聯(lián)接剛度大的傳遞轉(zhuǎn)矩能力、高的刀具重復(fù)定位精度和聯(lián)接可靠性,特別適合在高速、高精度情況下使用。因此,HSK 刀柄接口己廣泛為高速電主軸所采用(如瑞士的IBAG、德國(guó)的CYTEC、意大利CAMFIOR等)。
(8)向多功能、智能化方向發(fā)展。在多功能方面,有角向停機(jī)精確定位(準(zhǔn)停)、C軸傳動(dòng)、換刀中空吹氣、中空通冷卻液、軸端氣體密封、低速轉(zhuǎn)矩放大、軸向定位精密補(bǔ)償、換刀自動(dòng)動(dòng)平衡技術(shù)等。在智能化方面,主要表現(xiàn)在各種安全保護(hù)和故障監(jiān)測(cè)、診斷措施,如換刀聯(lián)鎖保護(hù)、軸承溫度監(jiān)控、電動(dòng)機(jī)過載和過熱保護(hù)、松刀時(shí)軸承卸荷保護(hù)、電主軸振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)和故障異常診斷、軸向位置變化自動(dòng)補(bǔ)償、砂輪修整過程信號(hào)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制、刀具磨損和損壞信號(hào)監(jiān)控等,如Sep-Tec電主軸安裝有診斷模塊,維修人員可通過紅外接口讀取數(shù)據(jù),識(shí)別過載,統(tǒng)計(jì)電主軸工作壽命。
關(guān)于領(lǐng)臣
LINCH是一家集科研、制造、銷售為一體,專業(yè)提供全套流體靜壓軸承系統(tǒng)的高科技公司,特色產(chǎn)品為流體靜壓主軸、動(dòng)靜壓主軸、靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)、靜壓導(dǎo)軌,具有回轉(zhuǎn)精度高、剛度大、抗振性好、精度壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),主要用于高效率、高轉(zhuǎn)速、高精度數(shù)控加工設(shè)備。
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