機(jī)床主軸
2017-12-14
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簡介
編輯機(jī)床主軸指的是機(jī)床上帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)的軸。通常由主軸、軸承和傳動件（齒輪或帶輪）等組成主軸部件。在機(jī)器中主要用來支撐傳動零件如齒輪、帶輪，傳遞運(yùn)動及扭矩，如機(jī)床主軸；有的用來裝夾工件，如心軸。除了刨床、拉床等主運(yùn)動為直線運(yùn)動的機(jī)床外，大多數(shù)機(jī)床都有主軸部件。主軸部件的運(yùn)動精度和結(jié)構(gòu)剛度是決定加工質(zhì)量和切削效率的重要因素。
性能指標(biāo)
編輯電主軸維修衡量主軸部件性能的指標(biāo)主要是旋轉(zhuǎn)精度、剛度和速度適應(yīng)性。
①旋轉(zhuǎn)精度：主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)在影響加工精度的方向上出現(xiàn)的徑向和軸向跳動，主要決定于主軸和軸承的制造和裝配質(zhì)量。
②動、靜剛度：主要決定于主軸的彎曲剛度、軸承的剛度和阻尼。
機(jī)床主軸保養(yǎng)
編輯降低軸承的工作溫度，經(jīng)常采用的辦法是潤滑油。潤滑方式有，油氣潤滑方式、油液循環(huán)潤滑兩種。在使用這兩種方式時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：
1、在采用油液循環(huán)潤滑時(shí)，要保證主軸恒溫油箱的油量足夠充分。
2、油氣潤滑方式剛好和油液循環(huán)潤滑相反，主軸維修它只要填充軸承空間容量的百分之十即可。
循環(huán)式潤滑的優(yōu)點(diǎn)是，在滿足潤滑的情況下，能夠減少摩擦發(fā)熱，而且能夠把主軸組件的一部分熱量給以吸收。
對于主軸的潤滑同樣有兩種放式：油霧潤滑方式和噴注潤滑方式。
新技術(shù)
編輯1.電主軸所融合的技術(shù)：
電主軸是在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，它與直線電機(jī)技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，將會把高速加工推向一個(gè)新時(shí)代。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置。
2.電主軸所融合的技術(shù)：
高速軸承技術(shù)：電主軸通常采用復(fù)合陶瓷軸承，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍；有時(shí)也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無限；
高速電機(jī)技術(shù)：電主軸是電動機(jī)與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分，理論上可以把電主軸看作一臺高速電動機(jī)。關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動平衡；
潤滑：電主軸的潤滑一般采用定時(shí)定量油氣潤滑；也可以采用脂潤滑，但相應(yīng)的速度要打折扣。所謂定時(shí)，就是每隔一定的時(shí)間間隔注一次油。所謂定量，就是通過一個(gè)叫定量閥的器件，精確地控制每次潤滑油的油量。而油氣潤滑，指的是潤滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。油量控制很重要，太少，起不到潤滑作用；太多，在軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會因油的阻力而發(fā)熱。
冷卻裝置：為了盡快給高速運(yùn)行的電主軸散熱，通常對電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。
內(nèi)置脈沖編碼器：為了實(shí)現(xiàn)自動換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相角控制以及與進(jìn)給的配合。
自動換刀裝置：為了應(yīng)用于加工中心，電主軸配備了自動換刀裝置，包括碟形簧、拉刀油缸等。
高速刀具的裝卡方式：廣為熟悉的BT、ISO刀具，已被實(shí)踐證明不適合于高速加工。這種情況下出現(xiàn)了HSK、SKI等高速刀具。
高頻變頻裝置：要實(shí)現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，必須用一高頻變頻裝置來驅(qū)動電主軸的內(nèi)置高速電動機(jī)，變頻器的輸出頻率必須達(dá)到上千或幾千赫茲 [2] 。
歷史沿革
編輯20世紀(jì)30年代以前，大多數(shù)機(jī)床的主軸采用單油楔的滑動軸承。隨著滾動軸承制造技術(shù)的提高，后來出現(xiàn)了多種主軸用的高精度、高剛度滾動軸承。這種軸承供應(yīng)方便，價(jià)格較低，摩擦系數(shù)小，潤滑方便，并能適應(yīng)轉(zhuǎn)速和載荷變動幅度較大的工作條件，因而得到廣泛的應(yīng)用。但是滑動軸承具有工作平穩(wěn)和抗振性好的優(yōu)點(diǎn),特別是各種多油楔的動壓軸承，在一些精加工機(jī)床如磨床上用得很多。50年代以后出現(xiàn)的液體靜壓軸承，精度高，剛度高，摩擦系數(shù)小，又有良好的抗振性和平穩(wěn)性，但需要一套復(fù)雜的供油設(shè)備，所以只用在高精度機(jī)床和重型機(jī)床上。氣體軸承高速性能好,但由于承載能力小,而且供氣設(shè)備也復(fù)雜，主要用于高速內(nèi)圓磨床和少數(shù)超精密加工機(jī)床上。70年代初出現(xiàn)的電磁軸承，兼有高速性能好和承載能力較大的優(yōu)點(diǎn)，并能在切削過程中通過調(diào)整磁場使主軸作微量位移，以提高加工的尺寸精度，但成本較高，可用于超精密加工機(jī)床。
機(jī)床主軸(7張)
無級變速
數(shù)控機(jī)床一般采用直流或交流主軸伺服電動機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸無級變速。
交流主軸電動機(jī)及交流變頻驅(qū)動裝置（籠型感應(yīng)交流電動機(jī)配置矢量變換變頻調(diào)速系統(tǒng)），由于沒有電刷，不產(chǎn)生火花，所以使用壽命長，且性能已達(dá)到直流驅(qū)動系統(tǒng)的水平，甚至在噪聲方面還有所降低。因此，應(yīng)用較為廣泛。
主軸傳遞的功率或轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。當(dāng)機(jī)床處在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，主軸的轉(zhuǎn)速在437~3500r/min范圍內(nèi)，主軸傳遞電動機(jī)的全部功率11kW，為主軸的恒功率區(qū)域Ⅱ（實(shí)線）。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，主軸的最大輸出扭矩（245N.m）隨著主軸轉(zhuǎn)速的增高而變小。主軸轉(zhuǎn)速在35~437r/min范圍內(nèi)，主軸的輸出轉(zhuǎn)矩不變，稱為主軸的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域Ⅰ（實(shí)線）。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，主軸所能傳遞的功率隨著主軸轉(zhuǎn)速的降低而減小。電動機(jī)超載（允許超載30min）時(shí)，恒功率區(qū)域和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域。電動機(jī)的超載功率為15kW，超載的最大輸出轉(zhuǎn)矩為334N.m。
分段無級變速
數(shù)控機(jī)床在實(shí)際生產(chǎn)中，并不需要在整個(gè)變速范圍內(nèi)均為恒功率。一般要求在中、高速段為恒功率傳動，在低速段為恒轉(zhuǎn)矩傳動。為了確保數(shù)控機(jī)床主軸低速時(shí)有較大的轉(zhuǎn)矩和主軸的變速范圍盡可能大，有的數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動機(jī)無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速。
主軸調(diào)速
編輯主軸是加工中心的主要組成部分之一，維修電主軸因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)直接影響到加工效率和工件質(zhì)量。因此，主軸設(shè)計(jì)（靜態(tài)和動態(tài)剛度，軸的直徑，軸承，設(shè)計(jì)參數(shù)等）已得到了深入研究[5-8]。機(jī)床主軸加速器的性能主要取決與為所需的速度和動力傳動比的優(yōu)化設(shè)計(jì)。尤其是，兩個(gè)因素必須考慮，因?yàn)樗鼈冊谥鬏S調(diào)速裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面非常重要，這兩個(gè)因素是最小的體積和最小的傳輸動能。?
為了減輕重量，主軸調(diào)速裝置的體積必須要最小化，并且不能減少機(jī)床操作所需的空間。但是，同樣，機(jī)械主軸加速器必須要為長期的生產(chǎn)工作而設(shè)計(jì)，因此，傳輸動能必須最少以確保最佳的性能。?
主軸調(diào)速裝置的設(shè)計(jì)導(dǎo)致了基于行星齒輪序列（PGTs）的傳動裝置的使用，因?yàn)樾行驱X輪序列PGTs提供了一個(gè)非常緊湊、高效的解決方案（減少了普通齒輪序列的重量和尺寸），它的速率高，效率高。PGTs還用在許多配備了汽車變速箱的機(jī)器設(shè)備中，從而延長了機(jī)床低速主軸驅(qū)動電機(jī)的恒功率范圍 [3] 。
