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加工中心电主轴详解

时间:2017-08-18 01:15:21来源:本站 作者:admin 点击:
加工中心

一、电主轴系统
电主轴系统由内装式电主轴单元、驱动控制器、编码器、通信电缆和直流母线制动器等部分组成。能够将电网电能转变为电主轴单元的机械能,同时实现电主轴准停、准速、准位的系统称之为电主轴系统。

电主轴系统品质的优劣是大型数控铣床、加工中心、数控车床品质优劣的关键因素之一,对闭环式配置的电主轴系统而言,其品质尤为重要。目前我国已能自行开发设计各类高速电主轴,选用优质的进口编码器和驱动器来匹配我国自行开发的电主轴单元,从而组成电主轴系统,以满足国内数控机床之急需,从而降低主机成本,提高主机的市场竞争力是一条可行之路。

二、内装式电主轴单元

1、内装式电主轴单元的特点:
电主轴单元应具备两大基本特点:
(1)装有内装式电动机。
(2)具备整齐的外形尺寸,以利于主机厂安装使用。

2、内装式电主轴单元结构
用于大型加工中心的内装式电主轴单元由主轴内装饰电动机、支撑及其润滑系统、冷却系统、松拉刀系统、轴承自动卸载系统、编码器安装调整系统组成。

主轴轴系是高速、高精度主轴的本体。为使主轴轴系在极宽的转速范围内正常平稳工作,必须对该轴进行全面的轴系结构分析,找出该轴系的临界转速,使其工作转速远离其固有频率。同时应对旋转轴系的选材及热处理工艺方案等加以详细分析,以期获得理想的尺寸稳定性。

内装式电动机用于接受驱动控制器提供的中频电,并将其转换成主轴的机械能。为保证数控机床在宽转速范围内实现低速大扭矩的特性,大型数控铣床、加工中心的数控车床用电主轴的电动机通常被设计成恒动功率控制的。

高速电主轴的转轴上不能安装风扇,其外壳是功能部件的安装表面,也无法设置贯通的散热筋。因此,必须设置必要的冷却系统,将电主轴运行过程中由电动机和轴承座产生的热量带走,使电主轴在某一温度达到热平衡。

用于加工中心的电主轴由安装在尾端的气、液缸产生松刀力,经安放在转轴内腔的松拉刀机构,通过拉刀器来实现松拉刀。其拉刀器可视电主轴转速及传递转矩的不同选用HSK、卡爪、钢球等不同形式。
  
用于加工中心的电主轴松刀时,尾端气、液缸产生的强大松刀力顶动松拉刀机构的拉杆向前运动,同时也使电主轴轴承承受强大的推力。为避免电主轴轴承损伤,应在电主轴上设计一套理想的卸载系统,将松刀力转换为转轴的内力。
  
大型加工中心用电主轴需具备准停、准位、准速功能,因此必须在电主轴单元中安装能实现速度反馈和传递位置信号的磁性编码器。其钢质码盘应安装在转轴本体上,接收器应牢固地安装在电主轴外壳上,同时应便于调整。三、电主轴所融合的技术
  
电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电动机融为一体的新技术,它与直线电动机技术、高速刀具技术一起,将会把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件,它包括电主轴本身及其附件:高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等。
1.高速轴承技术
电主轴通常采用复合陶瓷轴承,耐磨、耐热,寿命是传统轴承的几倍;有时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承,内外圈不接触,理论上寿命无限。  
2.高速电动机技术
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做一台高速电动机,关键技术是高速度下的动平衡。  
3.润滑
电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑,也可以采用脂润滑,但相应地速度会低些。所谓定时,就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量,就是通过一个叫定量阀的器件,精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑,指的是润滑油在压缩空气的携带下,被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要,太少,起不到润滑作用;太多,在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。
4、冷却装置
为了尽快给高速运行的电主轴散热,通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂,冷却装置的作用是保持冷却剂的温度
5、内置脉冲编码器
为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹,电主轴内置一脉冲编码器,以实现准确的相角控制以及与进给的配合。
6、自动换刀装置
为了应用加工中心,电主轴配备了自动换刀装置,包括碟形弹簧、拉油缸等。
7、高速刀具的装卡方式
广为熟悉的BT、1sO刀具,已被实践证明不适合于高速加工,这种情况下出现了Hsk、
SKI等高速刀具。
8、高频变频装置
要实现电主轴每分钟几万转甚至十几万转的转速,必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机,变器的输出频率必须达到上千或几千赫弦。

四、主轴润滑方式

为了保证主轴有良好的润滑,减少摩擦发热,同时又能把主轴组件的热量带走,通常采用循环式润滑系统。近年,数控机床的主轴轴承大多采用高级油脂封闭式润滑,每加一次油脂可以使用7~10年,简化了结构,降低了成本且维护保养简单。

常见的主轴轴承润滑方式主要有油气润滑、喷注润滑和突入滚道润滑三种方式。

1、油气润滑方式

油气气润滑方式是通过压缩空气定时定量地把油雾或小油滴送进轴承空隙中,这样既实现了润滑,又不至于使油雾太多面污染周围空气。本任务采用的就是油气润滑方式。

2、喷注润滑方式
喷注润滑方式是通过将较大流量的恒温油喷注到主轴轴承上,已达到润滑和冷却的目的。这里需要特别指出的是,较大流量喷注的油,不是自然回流,而是用拍油泵强制排油,同时,采用专用高精度大容量和恒温油,将油温变动量控制在±0.5℃以内。

3、突入滚道润滑方式
突入滚道润滑方式是利用高速轴承的泵效应,把内滚道附近的润滑油吸入滚道,已达到润滑的目的。润滑油的进油口在内滚道附近,若进油口较高则泵效应差,若进油口接近外滚道则成为排放口了,润滑油将不能进入轴承内部。


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