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高精度卧式加工中心对机床主轴的要求

点击次数:441 发布时间:2018-05-25

高精度卧式加工中心不但可以成倍地进步生产效率,还可进一步改善零件的加工精度和表面质量,解决一些常规加工中难以解决的某些特殊材料的高效加工题目,因此,高精度卧式加工中心在世界上引起了高度重视。
1、高精度卧式加工中心对机床主轴的要求
高速加工对机床主轴系统不仅要求转速高,输出的扭矩和功率要大,还要求具有较高的主轴回转精度和在高速运转中保持具有良好的刚度、抗震性及热稳定性。目前,国际上产业发达国家生产的高速加工中心主轴zui高转速高达20,000——100,000r/min,国内中小型加工中心、数控铣床的主轴zui高转速也达4000——6000r/min。实际应用中主要有两类高速主轴:一类是具有零传动的高速电主轴,这类主轴因采用电机和机床主轴一体化的结构,并经过精确的动平衡校正,因此具有良好的回转精度和稳定性,但对输出的扭矩和功率有所限制;另一类是以变频主轴电机与机械变速机构相结合的主轴,这类主轴输出的扭矩和功率要大得多,但相对来说回转精度和平稳性要差一点,因此对于这类主轴来说,如何正确地设计机床主轴及其组件对机床加工精度的影响是至关重要的。
2、高精度卧式加工中心主轴组件的结构设计
1)主轴单元式结构 高速加工中心和数控铣床大多采用单元式主轴结构,将主轴前后轴承在恒温环境下进行配磨,配磨好后装进一个圆套筒内,然后在总装时以一个完整的单元装进机床主轴箱内,这样不仅保证了机床主轴组件的装配精度,而且又易于安装和维修调整。
2)高精度卧式加工中心主轴轴承
主轴轴承的选择:鉴于加工中心和高速数控铣床的大负荷、高转速和高精密的要求,普通的主轴双联轴承结构已满足不了要求现在对于高速加工中心和数控铣床,大多采用角接触轴承组合设计。由于角接触轴承可以同时承受径向和一个方向的轴向载荷,答应的极限转速较高。
主轴轴承的密封和润滑:由于高速机床主轴转速较高,转速达5000r/min以上时脂润滑已很难达到要求,而稀油润滑在高速运动中润滑油的多少明显地影响到主轴运行的平稳性。因此在目前的设计中多数采用集中定量定时油雾或滴油润滑方式。在高速加工中为了进步主轴轴承的寿命和确保轴承的旋转精度,必须采取严格的密封措施,然而密封效果较好的接触式密封又势必影响到主轴转速的进步,因此目前通用的有主轴吹气、迷宫密封等非接触式密封方式,对于要求不高的可以采用间隙密封,但必须正确地控制间隙的大小,一般是在0.02——0.04mm之间。
3)高精度卧式加工中心主轴拉杆自动装刀系统 在加工中心和高速数控铣床中刀具安装势必采用自动装刀机构。由预紧弹簧控制轴向拉力,再由气压、液压或机械螺杆等执行机构实现松刀和夹刀动作的拉杆机构。执行机构有与主轴一同旋转的随动单元,也有不随主轴旋转的分离型结构,前者结构比较紧凑,复杂程度高,后者结构简单,本钱低,但占用空间较大。另外,为了进步刀具重复安装精度,减少刀具锥柄和主轴锥孔非正常接合,在自动装刀系统中必须设置主轴准停机构和用以清洁刀具锥柄、主轴锥面的吹气或喷液的机构。
4)高精度卧式加工中心主轴水冷却系统 在高速旋转运动中轴承温升是造成主轴变形、加工精度下降的重要因素之一。大量的热能会造成主轴严重的热变形,不仅影响主轴回转精度,而且还会抑制主轴转速的进步,速度愈高这种现象愈明显。因此,如何改善机床主轴系统热特性,减少系统的热源强度,降低温升及减少系统的热位移,在高速主轴设计中就显得尤为重要。在主轴设计中除了正确地选择主轴组件,减少系统热源强度外,对主轴要进行水冷却,以降低温升和减少系统热位移。在主轴套筒外设计连续的水冷却环槽,让机床冷却液先流经主轴套筒上的冷却环槽,然后再喷出到刀具刀尖,用这种方式带走轴承产生的尽大部分热量,减少系统热能向机床主轴传导。对于有些要求较高的机床可将主轴水冷却和切削液分为两个不同的系统,当然这种结构只能应用到单元式主轴上。 

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