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發布時間：2020-11-15 04:19
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高速立式加工中心高速主軸的關鍵技術分析 高速加工中心的高速主軸應具有精密度高、剛性好、運行平穩和熱變形小等特點。 眾所周知,軸承是主軸設計中的零部件,對高速主軸來說更是如此。低速運行的主軸常使用鋼球軸承,油脂潤滑,但是,隨著轉速的提高,這種設計方法已不再合適。
現在,人們希望主軸既能輸出大的功率又有高的轉速。目前解決該問題的方法是利用混合陶瓷軸承并輔之以油潤滑,這種方法能適合于150000r/min以上的轉速。已運用此項技術制成200000r/min/75hp和3000000r/min/50hp的主軸。這種主軸中使用的軸承的內、外滾道仍然是用鋼制成的。但其滾動部件是由硬度高且耐磨性好的陶瓷材料制成。由于陶瓷材料比鋼輕,加上其制造工藝可以保證其制成的滾珠比鋼制成的更圓,且工作中不易變形,熱穩定性好,所以這種混合陶瓷軸承的運行性能良好。
任何一種軸承運行過程中產生的熱量都會對其精度和壽命產生影響,因此在高速主軸中,必須采取措施來處理這個問題。轉速在100000r/min以上的主軸,典型的方法是采用氣油混合潤滑系統。這種系統給軸承提供少的(但卻是足夠)潤滑以使軸承產生較少的熱量,其中氣流不僅起潤滑作用,還可以帶走熱量,除此之外,高速主軸還使用軸承冷卻系統來散熱,這種冷卻系統有時也被稱為“冷卻器”。
還有一些其他的減少摩擦的設計方法,其功率為50hp,轉速達200000r/min的主軸使用的是靜動承,這樣,主軸在“液體”中而非在剛性件上轉動。當轉速需要很高時可以使用空氣軸承,但它一般用于直徑較小且轉速要求超過1000000r/min的主軸。幾乎無摩擦的磁力軸承也在某些場合得到運用。
加工中心多種誤差控制和補償技術
一、控制熱變形和振動
為了保證，采用了多種措施來減少加工中心的熱變形和振動。如主軸套筒和前后軸承座恒溫循環冷卻，油氣潤滑減少軸承發熱，后軸承使用圓柱滾子軸承，一旦發生熱變形，主軸就向后伸長，不會影響加工精度；大流量冷卻刀具和工件，減少切削熱產生；床身上兩個螺旋排屑器及時將切屑排出，避免切屑大量堆積引起床身熱變形；機床對稱結構設計，平衡熱變形等；主軸具有中心內冷卻功能，內冷壓力為2.2MPa，可滿足進行高速切削、小孔加工和深孔加工時對排屑暢通、及時帶走加工熱量的要求。
為了使主軸運轉平穩，降低噪聲，減小振動，對主軸采用兩次動平衡，一次是主軸與轉子熱裝后，第二次是所有回轉零件裝配好后且幾何精度檢驗完畢后。另外，在主軸前后位置設計有平衡環以備在線動平衡用。
二、提高空間位置精度的補償技術
為了在較高的運動速度下，提高加工中心的定位精度和加工精度，特別是定位精度，機床上安裝了精度為0.003mm的封閉式光柵尺，進行全閉環控制。但機床的定位精度只能評價機床在特定位置時的精度，如果遠離測量面進行加工時，加工的位置度會有較大誤差。而傳統的螺距補償只能對特定位置絲杠的螺距誤差進行補償，并不能降低整個加工面的位置度誤差。為了盡可能消除加工區域內的位置度誤差，提高機床的加工精度，增加了空間誤差補償功能。
三、Z軸熱補償技術
主軸在運轉過程中，電動機、軸承及其它運動部件會因摩擦、損耗等產生熱量。如果熱量不能及時散發和排出，則會嚴重影響機床精度。因此，對主軸電動機外套和軸承座外套用通過恒溫油的方式進行循環冷卻，使主軸運轉過程中絕大部分的熱量隨循環油帶出機體，以減小熱變形。但是，再完善的冷卻也仍然會有部分熱量因傳導速度快而不能及時排出，使主軸產生熱變形。為了進一步解決主軸這部分熱變形對精度的影響，對主軸向熱變形用軟件補償的辦法進行了補償。補償數據是通過實驗獲得的。
