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电主轴技术的发展趋势

时间:2021-10-21浏览:601次

1、继续向高速度、高刚性发展

随着主轴轴承及其润滑技术、精密加工技术、精密动平衡技术、高速刀具及其接口技术等相关技术的发展,数控机床用高速电主轴已成为目前共同的发展趋势。在电主轴系统刚度方面,由于轴承和润滑技术的发展,电主轴系统的刚度越来越大,满足了数控机床对高速、高效率、高精度加工的需求。


2、向高速大功率、低速大转矩方向发展

根据实际使用的需要,大多数数控机床需要能够满足低速粗加工时重切削、高速切削时精加工的要求。因此,机床电主轴应具备低速大扭矩、高速大功率的性能。


3、进一步向高精度、高可靠性和延长工作寿命方向发展

用户对数控机床的精度和可靠性提出了越来越高的要求。电主轴作为数控机床的核心功能部件之一,对精度和可靠性的要求越来越高。如果主轴的径向跳动小于0.001mm,则轴向定位精度小于0.5µm。同时由于采用了特别的精密主轴轴承、先进的润滑方式和特别的预负荷施加方式,电主轴的使用寿命也相应延长,其使用可靠性越来越高。step-Tec的电主轴还配备了加速度传感器,以减小轴承的振动加速度水平,为了监测和限制轴承上的振动,安装了振动监测模块,以延长电主轴的工作寿命。


4、电主轴内置电动机性能多样化,形式多样化

为了满足实际应用的需要,对电主轴电机的性能进行了改进,主轴电动机输出的恒转矩高转速与恒功率高速之比(即恒功率调速范围)达到了1: 14。此外,永磁同步电动机电主轴出现,与同等功率的异步电动机电主轴相比,同步电动机电主轴的外形尺寸更小,有利于提高功率密度,实现小尺寸、大功率。


5、快速启动、停止响应速度提高

为了缩短辅助时间,提高效率,要求数控机床电主轴的启停时间尽可能短,因此需要提高(减少)启动和停机速度。目前国外机床电主轴启动、停机加速度可达1g以上,全速启动、停止时间小于1s。


6、轴承及其预载应用模式、润滑模式多样化

近年来,除了传统的钢滚动轴承外,陶瓷球混合轴承也得到了广泛的应用。润滑方式包括油脂、油雾、油气等,尤其是油气润滑方式(也称Oil-air),具有适应高速、环保节能的特点,得到了越来越广泛的推广应用;除了刚性预负荷(也叫定位预负荷)、弹性预负荷(也叫定压预负荷)外,针对滚动轴承开发了一种智能预负荷方法,即利用液压油缸对轴承进行预负荷,预负荷可以根据主轴转速、负载等具体工况进行控制预负荷的大小,使轴承支撑性能更好。在非接触形式轴承支承的电主轴方面,如磁轴承、空气轴承电主轴、液体轴承电主轴等一系列商品已经供应到市场。


7、刀具接口逐渐趋向HSK、Capto刀柄技术

在高速机床主轴之后,传统的CAT(7:24)刀柄结构由于离心力的作用已经不能满足使用要求,需要采用HSK (1: 10) 等其他满足高速要求的刀柄接口形式。HSK刀柄具有突出的静态和动态联接刚性、大的传递转矩能力、刀具重复定位精度和连接可靠性高,特别适合在高速、高精度情况下使用。因此,HSK刀柄接口在高速电主轴中得到了广泛应用。近年来,公司提出的Capto刀具界面也在机床行业得到应用,其基本原理与HSK接口相似,但传递扭矩能力略大,缺点是主轴轴端内孔难加工,工艺较复杂。


8、向多功能、智能化方向发展

在多功能方面,有角向停机精密定位(准停)、 C轴驱动、换刀中空吹气、空心冷却液、轴端气体密封、低速扭矩放大、轴向定位精密补偿和换刀自动动平衡技术等。在智能化方面,主要表现在各种安全防护和故障监测诊断措施上,例如换刀联锁保护、轴承温度监测、电机过载和过热保护、松刀时轴承卸荷保护、主轴振动信号监测和故障异常诊断、轴向位置变化自动补偿、砂轮修整时的信号监测和自动控制以及刀具磨损和损坏信号监测等,比如Step-Tec电主轴配备了诊断模块,维修人员可以通过红外接口关联读取数据,识别过载,统计电主轴的工作寿命。