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數(shù)控車銑中心電主軸系統(tǒng)的溫升控制 |
| 發(fā)布時間：2017-03-16 09:55:58點擊率： |
| 由于機床主軸與電機轉子連成一體，電機在運轉過程中產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)影響機床主軸溫升的因素進行分析并加以解決。 對于數(shù)控車銑中心的電主軸系統(tǒng)來說，電機的轉子是用壓配合的方法安裝在機床主軸上，處于前后軸承之間，由壓配合產生的摩擦力來傳遞主軸扭矩。由于轉子內孔與主軸配合面之間有很大的過盈量，因此裝配時采用的是一種特殊的裝配方法。電機的定子通過一冷卻套固定在主軸箱體孔內，這樣就形成一個新型的主軸系統(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，實現(xiàn)主軸回轉的全閉環(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，主軸旋轉精度由軸承精度、主軸精度、電機轉子三者的合理配合來保證。角接觸球軸承必須有軸向預加載荷才能進行正常工作，預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精度，抑制振動和鋼球自轉時的打滑現(xiàn)象。一般情況下，預加載荷越大，提高軸承的剛度、主軸的旋轉精度的效果就越好；但另一方面，由于軸承克服摩擦所作的功大部分轉化成熱，軸承的溫升就越高，電主軸系統(tǒng)溫度就會提高，甚至可能造成軸承的燒傷。 b．滾動軸承在高速旋轉時，正確的潤滑極為重要，潤滑條件不好，將會造成軸承過熱，引起電主軸系統(tǒng)溫度的升高。 c．由于電主軸系統(tǒng)是將主軸與電機轉子連成一體，電機通電工作后產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，誤差過大也會引起軸承的異常發(fā)熱。針對以上情況，必須采取相應措施，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加載荷。 根據機床電主軸系統(tǒng)要求的轉速范圍和負載情況來選擇最佳的預加載荷值。一般情況下采取理論計算與工藝試驗相結合，在保證主軸精度和溫升的條件下確定合理的預加載荷量，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)質潤滑脂能適應相對較高的轉速，也能滿足機床的使用周期，無需后續(xù)補充，且大多為終身潤滑。一般情況下潤滑脂的填充量不應超過軸承空間的30％，合理的填充量用下式計算 對于脂潤滑的軸承，在主軸組裝配好之后要進行合理的跑合試驗，以達到穩(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的關系 c．用循環(huán)冷卻水冷卻電機定子的外套。 圖l中的電動機的定子4通過一個冷卻套2固定在電主軸的主軸箱體1上，這個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水口3進入電主軸的冷卻套，經循環(huán)從主軸箱后端的冷卻水出水口6流出，實施對電主軸溫度的控制。在機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。冷卻介質設定控制溫度為20℃～23℃。當水溫超過23℃或低于20℃時，水溫控制機會自動進行制冷或加熱。冷卻水流量大于80L／min，最大工作壓力0.7MPa。這樣高速運轉的主軸電機所產生的熱傳遞到冷卻套上時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。 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計和工藝要求，必要時進行配磨控制，確保所需的配合精度。主軸組的動平衡也必須達到規(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構設計。 主軸箱采用熱對稱結構，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，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計問題，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，從而更好地保證機床的精度。通過實際使用，南京數(shù)控機床有限公司生產的CKHl450系列數(shù)控車銑中心所配的電主軸系統(tǒng)在主軸溫升、精度和整機性能方面都滿足用戶的要求，為電主軸的進一步推廣應用打下了基礎。 |
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