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电主轴的硬知识和故障排除

时间:2021-11-17浏览:660次

一、电主轴的结构组成

电主轴是近几年来数控机床领域将机床主轴和主轴电机集成在一起的一项新技术。高速数控机床的主传动系统取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内置电动机直接驱动,将机床主传动链长度缩短到零,实现了机床的“零驱动”。这种主轴电动机和机床主轴“合二为一”的传动结构形式,使主轴部分相对独立于机床的传动系统和整体结构,因此可以做成“主轴单元”,俗称“电主轴”。

电主轴是在数控机床领域中集机床主轴和主轴电机于一体的新技术,电主轴与直线电机技术、高速切削刀具技术一起,将高速加工推向新时代。电主轴是一套部件,包括电主轴本身及其附件:电主轴、高频变频器、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等。电动机的转子直接作为机床主轴使用,主轴单元的外壳是电动机底座,与其他零件一起实现电动机与机床主轴的一体化。


二、驱动模式

电主轴的电动机都是交流异步感应电动机,因为它们用在高速加工机床上,启动速度要从静止迅速提高到每分钟几万转甚至几十万转,而且启动转矩大,所以启动电流要比普通电机的额定电流高5~7倍。有两种驱动方式:变频器驱动和矢量控制驱动器驱动。变频器的驱动控制特性是恒转矩驱动,输出功率与转矩成正比。机床最新变频器采用先进晶体管技术,可实现主轴的无级变速。机床矢量控制驱动器的驱动控制为低速端恒转矩驱动,在中、高速端为恒功率驱动。

电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、噪音低、响应快等优点,而且转速高、功率大,简化了机床设计,易于实现主轴定位,它是高速主轴单元中的理想结构。电主轴轴承采用高速轴承技术,耐磨耐热,使用寿命是传统轴承的几倍。


三、高速电主轴在机床行业中的应用

简化结构,促进机床结构模块化

电主轴可根据应用、结构、性能参数等特点形成标准化、系列化产品,可由主机选择,从而促进机床结构的模块化。

减少机床成本,缩短机床开发周期

一方面,标准化、系列化电主轴产品易于形成专业化、量产,也能缩短机床的开发周期,适应目前瞬息万变的市场趋势。

提高机床性能和可靠性

电主轴结构的数控机床由于简化了结构,减少了传动、连接环节,提高了机床的可靠性;技术成熟、功能完善、性能卓越、质量可靠的电主轴组件使机床的性能更加完善,可靠性进一步提高。

实现一些高档数控机床的特殊要求

一些高档数控机床,如并联运动机床、五面体加工中心、小孔和超小孔加工机床等,需要采用电主轴才能满足完善的功能要求。推动高速切削技术在机械加工领域的广泛应用,电主轴系统由内置电机直接驱动,满足机床“高速、高精度、高可靠性、小振动”的高速切削要求,与机床高速进给系统、高速刀具系统一起是高速切削的必要条件。电主轴技术与电机变频、闭环矢量控制、交流伺服控制等技术相结合,可满足车削、铣削、镗削、钻削、磨削等金属切削加工的需要。


四、高速电主轴在机器人中的应用

随着计算机技术向智能化方向的不断发展,机器人应用领域的不断拓展和深化,以及机器人在FMS、 CIMS系统中的群体应用,工业机器人也在不断向智能化方向发展,以适应敏捷制造、满足多样化、个性化的需求。目前,工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工工业、电子电气工业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材及家具制造业等领域。在工业生产中,弧焊机器人、点焊机器人、配送机器人、装配机器人、喷漆机器人和搬运机器人等工业机器人得到了广泛的应用。

主轴与机械手臂完美结合,应用于合金材料、汽车后备箱SMC材料的切割、去毛刺、钻孔和抛光,将主轴行业与工业自动化紧密联系在一起。

主轴的前端安装在夹头,用于铣削钻,主轴的大扭矩可以轻松切割较厚的合金板材,通气密封功能解决了切削过程中产生大量粉尘进入主轴的问题,在切削过程中,切削液经常被用来冷却刀具,IP57的防护等级完全避免了液体进入主轴的担心,同时密封气压冷却主轴,有利于主轴的长期加工。

前端伸长40毫米,机械手臂旋转时可以避开工装器具,方便切割产品;配合热缩筒夹使用,节省了每次更换刀具重新找正刀具的时间,提高了工作效率。主轴最大功率达到5000瓦,功率输出强大,可加工材料范围扩大,自身重量为3.5KG,轻便,采用HSK夹头,精度高,最大夹紧范围可达到10mm,刀具可通过通气自动更换,提高了工作效率。

五、主轴部分常见故障汇总

1、故障现象:主轴异响严重;转数高时有噪音;温升比较高。

原因分析:

①主轴轴承可能磨损或损坏;

②主轴可能润滑不好,导致缺油;或者润滑油脏污或有杂质;

③隔环端面可能有污垢;

④主轴轴承的预紧力可能过大;

⑤皮带位置和张力可能不合适;

⑥主轴部件动平衡差;

解决方案:

①更换主轴轴承;

②加入适当的主轴油;更换新油,确保主轴的清洁;

③拆卸主轴后,清洁隔环;

④重新调整预紧力;

⑤重新调整皮带位置和张力;

⑥重新调整动平衡;


2、故障现象:主轴有异响,用手旋转要费很大力气,有明显的卡涩感。

原因分析:可能是锁紧汽缸打刀撞块的螺栓松动导致撞块松动,使得锁紧蝶簧螺母与撞块之间没有间隙,从而产生摩擦。

解决方法:拧紧松动的螺母,使它们之间的间隙合适。


3、故障现象:在切割过程中振动大。

原因分析:

①主轴轴承可能拉毛或损坏;

②轴承预紧螺母松动导致主轴有窜动;

③轴承预紧力不足、间隙过大;

④其他因素;

解决方案:

①更换轴承;

②拧紧螺母,确保主轴精度合格;

③重新调整轴承间隙,但预紧力不宜过大;

④检查刀具或改变切削参数。


六、主要类别和共性

1、电主轴的分类:

a、车削主轴;b、铣削主轴;c、磨削主轴。

2、常见的结构点:

拉刀机构包括(拉力传感器、拉刀传感器、松刀传感器,拉杆、卡爪、碟簧)。

润滑机构(6000转以内的脂润滑,20000转以内的油雾润滑,20000转以上的油气润滑)。

冷却机构(风冷、自冷、油冷)。

功能机构,旋转单元(易于跳跃和减少冲击)。

轴承(陶瓷球轴承,组合方式:前四后一、前二后二、前三后一等,轴承和轴承之间有隔环、装配时轴承位置将让位于轴承)。

3、结构差异:

编码器(齿轮磁栅式),中央出水(OTT)。