摘要:通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)比分析了兩種類型主軸單元的溫升、振動(dòng)特性,為陶瓷球軸承的實(shí)際應(yīng)用提供一定的依據(jù)。
近年來(lái),國(guó)外生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床或加工中心,其主軸系統(tǒng)很多都采用了陶瓷軸承和電機(jī)主軸結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)在這方面的研究尚處于起步階段。
1 數(shù)控機(jī)床主軸單元與高速主軸軸承
超高速切削是以優(yōu)質(zhì)、高效為特征的先進(jìn)制造技術(shù),它可以帶動(dòng)高速切削機(jī)理、高速主軸單元、高加減速直線進(jìn)給電機(jī)、高性能控制系統(tǒng)等一系列相關(guān)單元技術(shù)的發(fā)展。高速主軸單元是實(shí)現(xiàn)高速、優(yōu)質(zhì)加工的最關(guān)鍵的技術(shù)領(lǐng)域之一,同時(shí)也是高速加工機(jī)床最為關(guān)鍵的部件,F(xiàn)代高速機(jī)床主軸多數(shù)采用的是內(nèi)裝式主軸電機(jī)一體化的主軸單元,即所謂電主軸。電主軸是機(jī)床高速主軸單元的一種較理想結(jié)構(gòu)。
高速主軸單元的核心是高速精密軸承,其性能好壞將直接影響主軸單元的工作性能。 隨著速度的提高,軸承的溫度升高,振動(dòng)和噪音增大,壽命降低。因此,提高主軸轉(zhuǎn)速的前提是研制開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)良的高速主軸軸承。目前,在高速主軸單元中,主軸的支承主要采用磁浮軸承、液體動(dòng)靜壓軸承、陶瓷球軸承三種形式。 磁浮軸承的高速性能好、精度高,容易實(shí)現(xiàn)診斷和在線監(jiān)控。但實(shí)踐表明,這種軸承由于電磁測(cè)控系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜,至今未能得到廣泛應(yīng)用。液體動(dòng)靜壓軸承綜合了液體靜壓軸承和液體動(dòng)壓軸承的優(yōu)點(diǎn)。但這種軸承必須根據(jù)具體機(jī)床專門(mén)進(jìn)行設(shè)計(jì),單獨(dú)生產(chǎn),標(biāo)準(zhǔn)化程度低,維護(hù)保養(yǎng)也困難。
目前,應(yīng)用最多的高速主軸軸承還是混合陶瓷球軸承。即滾動(dòng)體使用熱壓或熱等靜壓Si3N4陶瓷球,軸承套圈仍為鋼圈。這種軸承標(biāo)準(zhǔn)化程度高,價(jià)格低,對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)改動(dòng)小,便于維護(hù)保養(yǎng),特別適合高速運(yùn)行場(chǎng)合。它的K值已超過(guò)2.7×106。為了增加軸承的使用壽命,可增加滾道的耐磨性,對(duì)滾道進(jìn)行涂層處理或其他表面處理。
2 試驗(yàn)研究
試驗(yàn)條件
所用陶瓷球的材料為HIPSN(熱等靜壓Si3N4),精度等級(jí)是G3級(jí),裝配時(shí)球與套圈按規(guī)值精細(xì)選配。該軸承采用“小珠密珠”結(jié)構(gòu),并使用外圈薄形保持架。試驗(yàn)中所用鋼軸承與陶瓷球軸承具有相同的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
本試驗(yàn)采用熱電偶測(cè)溫法測(cè)量主軸前端軸承外圈的溫升。又利用PDB測(cè)量高速電主軸前、后端的振動(dòng)頻譜。分析兩種軸承對(duì)電主軸運(yùn)轉(zhuǎn)精度的影響。 |