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數(shù)控機(jī)床--電主軸

日期：2009年11月04　來源：沈陽第一機(jī)床廠　關(guān)鍵字：數(shù)控機(jī)床
    高速數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)已得到極大的簡化，基本上取消了帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的‘，零傳動(dòng)”。這種主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，使主軸部件從機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對(duì)獨(dú)立出來，因此可做成“主軸單元”，也稱做“電主軸”。高速電主軸系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床三人高新技術(shù)之—。其英文稱謂有多種，如Eleetrospindle、MotorSpindle和MotorizedSpindle等。由于在土軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸之間沒有中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，電主軸又被稱為DirectDriveSpindle(自接傳動(dòng)主軸)。顯然，實(shí)現(xiàn)了零傳動(dòng)的電主軸至少在以下三個(gè)方面顯示丁它的優(yōu)勢(shì)：
    (1)避免了齒輪、皮帶等傳統(tǒng)傳動(dòng)形式在高
速工作狀態(tài)下產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲，以及由此對(duì)加下精度、表面粗糙度產(chǎn)生的負(fù)面影響；
    (2)極大地減小廠主傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而為主軸的高加速度創(chuàng)造了條件：
    (3)結(jié)構(gòu)的簡化和長度的縮短，顯著提高電主軸的剛度和固有頻率，從而提高了臨界轉(zhuǎn)速，為卞軸轉(zhuǎn)速的提高打開了上限。隨著數(shù)控拄術(shù)及切削刀旦的飛旺甘腮．械坐越多的機(jī)械制造裝備不斷地向高速、高精、高效、高智能化發(fā)展，電主軸已成為員能適宜各種高性能、復(fù)雜工況的數(shù)控機(jī)床的核心功能部件之一，尤其在多軸聯(lián)動(dòng)、多面體加工、并聯(lián)機(jī)床、復(fù)合加下機(jī)床等睹多先進(jìn)產(chǎn)品中，內(nèi)裝式電主軸的優(yōu)異特點(diǎn)是其他類型主軸單元所不能替代的。高速、高精度電主軸起源于內(nèi)表面磨削行業(yè)。以內(nèi)表面磨加上為土導(dǎo)的軸承制造業(yè)對(duì)此需求較為迫切。
    20世紀(jì)60年代我國電主軸行業(yè)處于萌芽期，主要是仿制歐美及前蘇聯(lián)的桿機(jī)”1958年，洛陽軸承研究所和哈爾濱軸承廠經(jīng)過聯(lián)合攻關(guān)，  排；設(shè)計(jì)和制造出我國首臺(tái)內(nèi)圓磨床川數(shù)控機(jī)床電主軸，其轉(zhuǎn)速為30 000460 000r／min，功率為60kW。?0年代，我國第—代自行設(shè)汁、自行刀；發(fā)的磨床用電主軸問世，軸承行業(yè)稱之為DZ系列。該系列電主軸裝備了我國第一代全自動(dòng)軸承內(nèi)表面磨床，它的誕生標(biāo)志著我國35m／s內(nèi)圓磨床線速度的建立。
    80年代，以GDZ系列電主軸為代表的高速、大功率電主軸問世了，這一系列的電t軸將同速度等級(jí)的電主軸的功率提升f 50％，軸徑增加了5mm，與3MZ軸承專用內(nèi)徑磨床配套，其苧效苧嚴(yán)增加了1倍。90年代，洛陽軸承研究所開發(fā)了2GDZ系列超大功率、超大剛度磨床用電主軸，數(shù)控機(jī)床廠開發(fā)了5SD系列磨床用電主軸。近年來，隨著油氣潤滑技術(shù)、恒溫冷卻嚴(yán)嚴(yán)瓷苧軸承等新技術(shù)的發(fā)展為電主軸技術(shù)水平的提高創(chuàng)造了有利條件。同時(shí)，由于我國機(jī)械加I行業(yè)高速切削技術(shù)發(fā)展的需要，電主軸技術(shù)開始走出軸承行業(yè)，擴(kuò)腿到高速數(shù)控銑，產(chǎn)速雕苧：高速試驗(yàn)、高速離心、高速旋輾和PCB電路板高速孔加工等領(lǐng)域，成為數(shù)控機(jī)床的主要功能部件。
    90年代末以來，洛陽軸承研究所承接了國家“九2z'’、  “十五”科技攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目，首先通過和國外先進(jìn)廠家的合作，逐步白行開發(fā)研制加工中心用內(nèi)裝式電主軸，經(jīng)國內(nèi)許多機(jī)床廠家實(shí)際使用，取得很好的效果，為數(shù)控機(jī)床加工小扒U十軸同產(chǎn)化做出了貞獻(xiàn)。    
    目前在高速精密電主軸領(lǐng)域，T•業(yè)發(fā)達(dá)國家處于領(lǐng)先地位。瑞上Fischer公司、IBAG公司，德國GMN公司、Siemens公司、Hofer公司，意人利Faemat公司、Gamfior公司，夾囤Ingersoll公司，日本Okuma公司和Fanuc公司等代表了該領(lǐng)域的世界先進(jìn)水牛。套簡直徑32二320aun、轉(zhuǎn)速10 0004200 000r／rain、功率0．5r-80kW、扭矩0．1～300N•m，涵蓋／／Le稈規(guī)格。國外電主軸的主要特點(diǎn)如下‘
    (1)功率大、轉(zhuǎn)速高
    目前單獨(dú)實(shí)現(xiàn)電七軸的高轉(zhuǎn)速或大功率在技術(shù)上已經(jīng)不存在難題，但要同時(shí)實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速和大功率，則存在相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度。圍繞滇技術(shù)，世界各國的公司展開了激烈競爭。在表5—1中列舉了國內(nèi)外幾家著名公司生產(chǎn)的加工中心用電主軸的功率和轉(zhuǎn)速的配套技術(shù)指標(biāo)，從中町看出國內(nèi)外電主軸的技術(shù)差距。
    （2）采用高速高剛度軸承
    國外高速精密主軸人量采用高速高剛度軸承，土要有陶瓷軸承和液體動(dòng)靜壓軸承，特殊場合采用空氣潤滑軸承和磁懸浮軸承。GMN和Gamfior等公司J‘泛采用氮化硅陶瓷苧的1岜合陶瓷軸承；美國Ingersoll公司采用液體動(dòng)靜壓軸承，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到40 000r／rain；HX~Sei千公司采用空氣潤滑軸承，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到50 000r／min：瑞士IBAG公司磁懸浮軸承最高到200000r／mm。目前國內(nèi)高速電主軸用軸承主要依賴進(jìn)口，也有一部分采用國產(chǎn)的鋼質(zhì)角接觸球軸承，但工竹；壽命有待進(jìn)  步提高。國外高速精密電土軸秈承的d•。一般都在100萬U亡，其中磁懸浮軸承的d•n值在400萬以上。國內(nèi)電工軸的(／•n值削V  般不超過100萬，個(gè)別電主軸產(chǎn)品的d•n值雖能達(dá)到100萬，但其功率低十5kW。
    (3)精密加丁與精密裝配l：藝水平高
    精密加工和精密裝kdT藝是電立軸的核心技術(shù)之—。電主軸的義罐車件(如上軸、葙件、前后軸承蓋等)的制造工藝要求非常高。為了保證電主軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的回轉(zhuǎn)精度和剛度，這些數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵零件必須進(jìn)行精密加工或超精密加工，其尺寸誤差’般在微米級(jí)或更小；對(duì)同軸度、垂直度和表面粗糙度也都有極嚴(yán)格的要求。為了制造這些高精度零件，國外電主軸的專業(yè)制造／．都裝備有成套的高精度加廠設(shè)備，如高精度數(shù)控車削中心、精密數(shù)控外圓磨床、高精度加丁中心、高精度數(shù)控內(nèi)圓磨床和精密十心孔磨床等，同時(shí)還配備了高精度測(cè)試設(shè)備。們足在國內(nèi)，如陶瓷軸承、異步型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子等電土軸的關(guān)鍵零什制造中的關(guān)鍵問題還沒有得到很好的解決，  自接影響了電芋秈的艷體顧量和制造水平。
    (4)配套控制系統(tǒng)水甲高
    這些控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)于自動(dòng)平衡系統(tǒng)、軸承油氣潤滑與精密控制系統(tǒng)、定冊(cè)子冷卻溫煌精密控制系統(tǒng)、主軸變形溫度補(bǔ)償精密控制系統(tǒng)等。例如，瑞十Fischer公司和德國Hofmmm 公司生產(chǎn)電乍軸配套的在線自動(dòng)平衡系統(tǒng)，可以在線自動(dòng)校止偏心，人幅度降低電主軸高速 廠況下的振動(dòng)：SKF公司和NSK公司生產(chǎn)的軸承油氣潤滑系統(tǒng)，可以通過定時(shí)定量控制汕氣量保證軸承的潤滑和溫升控制在正常水平。

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