高精密机床主轴轴承主轴结构可以选择？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-08-23 00:45 标签： 精密主轴轴承
高速电主轴结构图
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　　主轴是直接体现机床性能的关键部件。目前，数控机床大量采用内装变频电动机的主轴部件。它是一种机电一体化的功能部件，其电动机转子与主轴是一体的，无需任何机械连接。改变供电的频率，就可以实现主轴调速。　　这种模块化、系列化的功能部件称为电主轴。通常由具有设计和制造高速、高精度、变频调速电主轴丰富经验的专业公司提供，产品质量和供货容易获得保证。一、高速电主轴的特点
　　它具有高转速、高精密、噪声低、低温升、体积小、安装方便等特点,是现代高档数控机床主要的关键部件。它与早年应用于内圆磨床的内装式电机主轴的区别是采用了变频调速技术,主轴有较大的驱动功率和转矩,并有一系列监控主轴振动、轴承温升等参数的传感器及其检测控制系统。因此电主轴及驱动系统是一种技术含量很高的机电一体化产品,涉及机械、电机、驱动与控制、支承、润滑、材料热处理及振动等诸多领域,是一套相对独立、完整的智能型功能部件。　　高速运转的电主轴的主轴形式是将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件的内部,即把高速电机置于精密主轴内部,电主轴的电机转子就是主轴,主轴的壳体就是电机的机座,实现了变频调速电机和主轴一体,电机直接驱动主轴,形成电主轴。电主轴取消了电机到主轴传动链中的齿轮、皮带等一切中间环节,动力源对主轴的直接传动,传动链长度为零,实现了机床主轴系统的“零传动”。　　高速主轴单元主要有高速电主轴，气动主轴和水动主轴。其中高速电主轴最为常见，高速电主轴单元是高速加工机场中最为关键的部件之一。目前大多数电主轴结构都是把加工主轴与电机转轴做成一体，以实现零传动。同时电机外壳带有冷却系统，高速电主轴主要有带冷却系统的壳体，定子、转子、轴承等部分组成，工作时通过改变电流的频率来实现增减速度。　　二、关键技术
　　从图1中可见，电主轴的结构十分紧凑，通常又在高速下运转，因而它的关键技术是如何解决它的发热问题。　　电主轴的温度使其稳定在电主轴中有两大热源:内置电动机的发热和主轴轴承的发热。分析检测结果表明,转子的温度可高达140～160℃,定子温度也可达到45～85℃。图2所示为高速主轴单元冷却系统图,为了尽快给高速运动的电主轴散热,通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂,严格控制一个恒定值内。汉锐科特主轴　　图2 &高速主轴单元冷却系统图　　以德国CyTec公司的CySpeed系列高速电主轴为例，它的功率范围为10~60kW，最高转速为r/min。它可具有四种不同功能的冷却回路：　　1）刀具内孔冷却：采用通过刀具内孔冷却时，冷却液在80kPa的压力下通过旋转分配器中间的孔道，打开单向阀，从刀柄（包括刀具）的中间孔喷出。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,用循环冷却剂吸收和带走电机产生的热量,保持电主轴单元壳体均匀的温度分布。冷却装置的作用是保持冷却剂的温度,电主轴常用的冷却剂是水。电主轴在最高转速时,噪声一般应低于70～75dB (A)。　　2）电动机冷却：电动机冷却回路是为了加强电动机对外部的散热能力，使主轴部件的壳体保持为室温状态。　　3）主轴冷却：主轴冷却回路是为了避免主轴前端伸长以及保护主轴轴承。它的目的是保持主轴温度恒定，使其与转速无关，因而可以保证主轴的精度不受电动机发热的影响。　　4）刀具冷却：刀具冷却是选用件，可以任意选用外部冷却或者内孔冷却，或者内外同时冷却。　　三、结构简图及工作原理
　　工作原理和普通的异步电动机的工作原理一致,改变输入电动机定子绕组的电流频率和励磁电压获得各种转速。在加速和制动过程中,通过改变频率进行加/减速,以免电动机温升过高。由于电动机旋转磁场的方向取决于输入定子三相交流电的相序,故改变电主轴输入电流的相序,便可改变电主轴的旋转方向。　　主轴电动机和机床主轴合为一体的电主轴,通常采用的是交流高频电动机,也称为“高频主轴”(High Frequency Spindle)。图1所示为电主轴的结构简图,其主要特征是将电动机内置于主轴内部直接驱动主轴,实现电动机、主轴一体化的功能。电主轴由无外壳电机、主轴、轴承、主轴单元壳体、驱动模块和冷却装置等组成。电机的转子采用压配方法与主轴做成一体，主轴则由前后轴承支承。电机的定子通过冷却套安装于主轴单元的壳体中。主轴的变速由主轴驱动模块控制,而主轴单元内的温升由冷却装置限制。在主轴的后端装有测速、测角位移传感器，前端的内锥孔和端面用于安装刀具。　　1.电源接口 &2.电动机反馈 &3.后轴承　　4.无外壳主轴电动机 &5.主轴 &6.主轴箱体 &7.前轴承主轴设计图纸　　图1　电主轴的结构简图　　综上，电主轴的出现，很好的适应了超高速加工的要求，并将逐步取代传统的机床主轴系统。　　由于高速电主轴要实现高速运转，以下几个零部件质量直接影响着高速电主轴的性能。　　（1）转轴是高速电主轴的主要回转体。他的制造精度直接影响电主轴的最终精度。成品转轴的形位公差尺寸精度要求很高，转轴高速运转时，由偏心质量引起震动，严重影响其动态性能，必须对转轴进行严格动平衡测试。部分安装在转轴上的零件也应随转轴一起进行动平衡测试。　　（2）润滑系统采用良好的润滑系统对高速电主轴性能有着重要的影响。典型的润滑方法是采用油雾润滑或气油混合物润滑。前者主是把润滑油雾化在对轴承进行润滑，润滑油不可再回收，对空污染较严重。后者是直接把润滑油利用高压空气吹进轴承，润滑作用的同时还起到散热的作用　　（3）高速电主轴的核心支撑部件是高速精密轴承。因为电主轴的最高转速取决于轴承的功能、大小、布置和润滑方法，所以这种轴承必须具有高速性能好、动负荷承载能力高、润滑性能好、发热量小等优点。近年来，相继开发了动静压轴承、陶瓷轴承、磁浮轴承。动静压轴承具有很高的刚度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工质量、延长刀具寿命，降低加工成本；而且这种寿命为半无限长。磁浮主轴的高速性能好、精度高、容易实现诊断和在线监控。但这种主轴由于电磁测控系统复杂，价格十分昂贵，而且长期居高不下，至今未能得到广泛应用。目前市场上应用最广泛的就是陶瓷轴承，一般的角接触陶瓷轴承内外圈都是钢圈，滚动体是陶瓷材料。陶瓷具有密度小，刚度好，热膨胀系数小等优点。而且在理论计算和接触疲劳试验和压碎试验表明，混合式陶瓷轴承首先失效的是钢圈而不是陶瓷球。由于前面三种轴承理论寿命均为无穷大，特别是磁悬浮轴承还具有自动调节偏心等优点，在未来超高速机床市场上，随着技术的发展，磁悬浮轴承应是发展方向。而在一般的高速加工机床中，混合式陶瓷轴承或纯陶瓷轴承也将具有广泛的使用场合。
参考资料：
[1] 深圳汉锐科特精密机床有限公司
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根据车床使用特点选择主轴轴承结构
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大多数数控车床都带有高速旋转油缸和液压卡盘工作，它们分别位于主轴的前端和尾 端，在实际工作过程中所产生的离心力很大，而且扭矩的传递是通过轴体尾部带轮进行， 所以车床主轴不论是前端还是尾端需要的径向刚度比轴向刚度大得多，一般 15～30°接触 角轴承如果应用在这两个部位，很难获得使用所需的径向刚度，往往会导致轴承寿命缩短， 硬切削刚度不够。汉锐科特根据这一使用条件，对车床主轴的前后主轴承都采用了精密级 圆锥孔双列圆柱滚子轴承，并通过自己独特的加工和装配工艺，满足主轴高速回转的需要。微信：jx-gscom 机械公社圈数控车床 微信：jx-gscom 机械公社圈主轴轴承排列结构在其承载能力、回转速度、和回转精度上均有不同，汉锐科特车床主轴主要有重载型和超重载型两种结构，他们分别适用于不带尾座功能和长期需要使用尾座功能的车床。重载型轴承布置结构 超重载型轴承布置结构主轴轴承布置 微信：jx-gscom 机械公社圈两种主轴结构的前端和尾端采用的都是圆锥孔双列圆柱滚子轴承支撑，因为它比其它任何一款轴承更能承受径向载荷，并且具有很高的转速特性，轴承的径向游隙也可以调整在2～6μm 之间，很好地保证了主轴的回转精度和有效转速。 微信：jx-gscom 机械公社圈重载型结构中采用的是一对 25°接触角的角接触轴承，在正常的高速重切削条件下，完全满足了轴向使用刚度。随着高刚度数控车床的发展及液压尾座的普及，带有液压尾座的机床在长期使用尾座顶紧加工时，会有一个 20KN 以上的固定轴向力作用在角接触轴承上，这个数据相当于高速重切削力量的 20 倍以上，角接触轴承的油膜在高压下很难形成，这样会加剧角接触轴承的磨损，为了带尾座的机床主轴在使用过程中轴承寿命的均衡，我们设计有安装 3 个配对角接触轴承的超重载型主轴，以满足长期使用油压尾座机床的需要。 微信：jx-gscom 机械公社圈由于主轴的转速与回转精度及径向载荷是圆锥孔双列圆柱滚子轴承的游隙大小和极限转速决定的，所以重载型和超重载型的主轴转速是一致的，不会因为多一个角接触轴承而降低转速等级，两者不同的是它们所承载的轴向刚度的差别。 微信：jx-gscom 机械公社圈机械公社——为机械而生
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