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東莞市凱燁精密模具有限公司
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數(shù)控車銑中心電主軸系統(tǒng)的溫升控制 |
| 發(fā)布時(shí)間：2017-03-16 09:55:58點(diǎn)擊率： |
| 由于機(jī)床主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子連成一體，電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的熱量將直接傳到主軸和主軸箱體，如果不控制主軸的溫升，將影響主軸系統(tǒng)的熱變形和加工精度。本文就電主軸系統(tǒng)影響機(jī)床主軸溫升的因素進(jìn)行分析并加以解決。 對于數(shù)控車銑中心的電主軸系統(tǒng)來說，電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用壓配合的方法安裝在機(jī)床主軸上，處于前后軸承之間，由壓配合產(chǎn)生的摩擦力來傳遞主軸扭矩。由于轉(zhuǎn)子內(nèi)孔與主軸配合面之間有很大的過盈量，因此裝配時(shí)采用的是一種特殊的裝配方法。電機(jī)的定子通過一冷卻套固定在主軸箱體孔內(nèi)，這樣就形成一個(gè)新型的主軸系統(tǒng)——電主軸系統(tǒng)。在電主軸的后部裝有速度和位置反饋裝置，實(shí)現(xiàn)主軸回轉(zhuǎn)的全閉環(huán)控制。 1 影響電主軸系統(tǒng)溫升的因素 a．主軸前后軸頸各裝有一組向心推力球軸承，主軸旋轉(zhuǎn)精度由軸承精度、主軸精度、電機(jī)轉(zhuǎn)子三者的合理配合來保證。角接觸球軸承必須有軸向預(yù)加載荷才能進(jìn)行正常工作，預(yù)加載荷不僅可以消除軸承的軸向游隙，還可以提高軸承的剛度和主軸的旋轉(zhuǎn)精度，抑制振動(dòng)和鋼球自轉(zhuǎn)時(shí)的打滑現(xiàn)象。一般情況下，預(yù)加載荷越大，提高軸承的剛度、主軸的旋轉(zhuǎn)精度的效果就越好；但另一方面，由于軸承克服摩擦所作的功大部分轉(zhuǎn)化成熱，軸承的溫升就越高，電主軸系統(tǒng)溫度就會(huì)提高，甚至可能造成軸承的燒傷。 b．滾動(dòng)軸承在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，正確的潤滑極為重要，潤滑條件不好，將會(huì)造成軸承過熱，引起電主軸系統(tǒng)溫度的升高。 c．由于電主軸系統(tǒng)是將主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子連成一體，電機(jī)通電工作后產(chǎn)生的熱量將直接傳到主軸和主軸箱體，這是造成電主軸系統(tǒng)溫升的主要原因。 d．主軸軸系零件的正確配合與否對主軸系統(tǒng)溫升也有一定影響，如軸承內(nèi)外圈與主軸和主軸箱體的配合、主軸箱體前后軸承孔的同軸度等，誤差過大也會(huì)引起軸承的異常發(fā)熱。針對以上情況，必須采取相應(yīng)措施，以控制電主軸系統(tǒng)的溫升。 2 控制電主軸系統(tǒng)溫升的措施 a．合理選擇角接觸球軸承的預(yù)加載荷。 根據(jù)機(jī)床電主軸系統(tǒng)要求的轉(zhuǎn)速范圍和負(fù)載情況來選擇最佳的預(yù)加載荷值。一般情況下采取理論計(jì)算與工藝試驗(yàn)相結(jié)合，在保證主軸精度和溫升的條件下確定合理的預(yù)加載荷量，效果比較理想。 b．保證軸承副良好的潤滑條件。 由于軸承摩擦是熱量的主要來源，所以合理的潤滑是控制主軸系統(tǒng)溫升的有效措施之一。主軸軸承的潤滑劑分為潤滑脂和潤滑油兩種，正確的潤滑油量對控制主軸系統(tǒng)的溫升非常關(guān)鍵。 (1)潤滑脂對軸承溫升的影響。 潤滑脂易于保持在軸承中，還能起防潮、防塵作用。采用適量、優(yōu)質(zhì)潤滑脂能適應(yīng)相對較高的轉(zhuǎn)速，也能滿足機(jī)床的使用周期，無需后續(xù)補(bǔ)充，且大多為終身潤滑。一般情況下潤滑脂的填充量不應(yīng)超過軸承空間的30％，合理的填充量用下式計(jì)算 對于脂潤滑的軸承，在主軸組裝配好之后要進(jìn)行合理的跑合試驗(yàn)，以達(dá)到穩(wěn)定的溫升。 (2)潤滑油對軸承溫升的影響。 潤滑油的油量和品質(zhì)對降低主軸軸承摩擦損耗和溫升起主要作用。主軸軸承的油潤滑一般采用循環(huán)供油。其摩擦損失P、軸承溫度f和潤滑油量v的關(guān)系 c．用循環(huán)冷卻水冷卻電機(jī)定子的外套。 圖l中的電動(dòng)機(jī)的定子4通過一個(gè)冷卻套2固定在電主軸的主軸箱體1上，這個(gè)冷卻套外圓有螺旋型的冷卻水循環(huán)通道。冷卻水由主軸箱前端的冷卻水進(jìn)水口3進(jìn)入電主軸的冷卻套，經(jīng)循環(huán)從主軸箱后端的冷卻水出水口6流出，實(shí)施對電主軸溫度的控制。在機(jī)床外有一套水溫控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用水作為冷卻介質(zhì)。冷卻介質(zhì)設(shè)定控制溫度為20℃～23℃。當(dāng)水溫超過23℃或低于20℃時(shí)，水溫控制機(jī)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行制冷或加熱。冷卻水流量大于80L／min，最大工作壓力0.7MPa。這樣高速運(yùn)轉(zhuǎn)的主軸電機(jī)所產(chǎn)生的熱傳遞到冷卻套上時(shí)立刻由其外圓螺旋槽中的大流量冷卻液帶走，保證電主軸系統(tǒng)的溫升在要求范圍內(nèi)。 d．控制與前后軸承配合的零件的精度。 主軸箱體、主軸等配合零件的尺寸精度、形位公差及粗糙度等必須滿足設(shè)計(jì)和工藝要求，必要時(shí)進(jìn)行配磨控制，確保所需的配合精度。主軸組的動(dòng)平衡也必須達(dá)到規(guī)定的平衡等級，以盡量減少由于零件制造誤差而引起的主軸系統(tǒng)的溫升。 e．主軸箱采用熱對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 主軸箱采用熱對稱結(jié)構(gòu)，散熱性能好，熱變形小，能很快地將殘留在主軸箱體熱量散發(fā)掉；同時(shí)主軸受熱后軸線不發(fā)生偏移，既可保證主軸系統(tǒng)的溫升在控制的范圍內(nèi)，又可保證主軸系統(tǒng)有較高的精度。 通過以上分析，在數(shù)控車銑中心電主軸系統(tǒng)的制造、安裝過程中，只要合理地解決軸承預(yù)加載荷、軸承潤滑、電主軸冷卻、軸系零件的加工及主軸箱散熱等設(shè)計(jì)問題，就可以有效地控制電主軸系統(tǒng)的溫升對主軸系統(tǒng)精度的影響，從而更好地保證機(jī)床的精度。通過實(shí)際使用，南京數(shù)控機(jī)床有限公司生產(chǎn)的CKHl450系列數(shù)控車銑中心所配的電主軸系統(tǒng)在主軸溫升、精度和整機(jī)性能方面都滿足用戶的要求，為電主軸的進(jìn)一步推廣應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。 |
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