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高精密加工中心电主轴的加工技术

时间:2021-11-05浏览:165次

电主轴是高速精密加工中心最重要的核心部件之一,决定着高速精密加工中心的可靠性。高速精密电主轴本身的精度要求是微米级,例如主轴锥孔对轴径的径向跳动跟部为0.002毫米,距主轴端面300毫米处0.005毫米,主轴支撑轴径圆度为0.001 ~ 0.002,主轴轴径精度为IT2级等。电主轴本身的精度误差和微小变形是控制的关键,因此,电主轴的加工工艺应从热处理、加工工艺方案、检测方法、装配工艺和运行试验等方面进行研究。


1、热处理

主轴采用12CrNi3合金渗碳钢,经淬火、低温回火或高温回火后综合力学性能良好,低温韧性高,缺口敏感性低,切削性能良好,退火后硬度低,塑性好。

使用锻造毛坯,热处理方法为:锻造后正火处理→出车后高温时效处理→主轴轴颈、主轴7: 24锥孔渗碳处理,渗碳层深度1.7mm→主轴轴颈、主轴7: 24锥孔淬火处理,淬火硬度为HRC59,进行主轴热处理、切片实验→喷砂处理(左端凸键部位及所有空刀槽处喷细砂)→主轴粗磨后油中定性处理→电主轴锭子加热和主轴进行热装配。


2、机加工工艺

内置高速电主轴的结构特点决定了主轴加工工艺的特殊性。为了避免电主轴在热装转子过程中因热变形而造成旋转精度的损失或因装配误差而造成主轴转子装配的不平衡,电主轴转子在精加工前必须与机床主轴进行装配。

每个主轴直径、内孔(包括锥孔)应预留细磨量,主轴应加载对准:外圆应根据转子内径的测量值磨削,过盈量应在0.07~0.09mm范围内。

与主轴一起加热平衡板和转子,加热电机转子:一起加热平衡板和转子(加热温度为180℃~200℃,保温1小时;转子从加热炉中取出时,必须确认转子的温度是否在允许加热的温度范围内);事先将主轴垂直放置在平台上的支架上,然后依次将加热后的平衡套、主轴转子和平衡板加热到主轴上(待工件冷却后转机加);半精磨、精磨转子(包括平衡盘)、主轴内孔、轴颈和7: 24锥孔(7: 24锥孔应在轴线A-B基准径向跳允差主轴端面处0.0015毫米,距主轴端300毫米处0.004毫米)。


3、电主轴部件的装配技术

内置高速电主轴最高转速可达12000rpm,前端彻底固定,后端浮动的轴承支承方式。四排前端背靠背前角接触球轴承,主轴径向和轴向均固定,后端采用圆柱滚子轴承,轴承内圈、滚子可随主轴沿外圈滚道轴向移动,减少了热伸长对主轴的影响,精度保持性好。根据设计特点,装配中需要解决的关键问题是轴承预紧力、前后轴承的温升、主轴动平衡、定子和冷却套的热装、油气润滑装置及冷却套的防泄漏等,并确定装配工艺规范。

3.1、确定轴承预紧力

轴承预紧力与机床主轴转速、刚度和载荷有关,轴承预紧力的增加可以提高主轴的刚度,但轴承滚道的摩擦、损耗等会产生热量。如果热量不能及时散发,会严重影响机床的精度。因此,轴承预紧力应通过试验或测试来确定。根据反复试验并参考国内外电主轴轴承预紧力的研究成果,确定预紧量为0.002 ~ 0.005 mm,通过测量同组轴承内、外环的高低差值,可以确定内、外隔圈的高低差,通过精密匹配研究,隔套两端面平行度公差为0.002 mm。

3.2、主轴的组装

主轴的具体装配过程包括以下八个步骤:①主轴轴承与主轴轴颈的公差干涉为0.002~0.005mm,可以通过主轴和主轴轴承的测量值配磨来保证;②轴承安装前涂抹SBU15锂基润滑脂,填充量为轴承间隙的1/3;③安装轴承前,主轴应垂直固定在操作平台的支架上,主轴锥孔对应的轴线跳动高点应根据机加提供的标记确定,装配时轴承内环高点应与该点和轴承外环标记对齐;④安装时必须用轴承加热工具加热,加热温度为50℃;⑤轴承、隔套按标记位置依次安装在主轴上,按顺序用安装套轴向平敲轴承和隔套,以保证轴承所有组合端面紧密贴合;⑥安装隔套时,既要保证隔套的自身油气孔不被堵塞,又要保证在隔套油气润滑孔和套筒定位正确的前提下安装主轴套筒;⑦安装主轴螺母;⑧调整主轴组件的旋转精度。

因此,应满足以下要求:①主轴锥孔轴线径向跳动的根部允差为0.002毫米;②距主轴端面300毫米处的差允为0.005毫米;③主轴的轴向窜动允差为0.002毫米;④主轴后轴颈径向跳动公差为0.02毫米

3.3、主轴组件的动平衡

主轴装配动平衡方面,应注意以下两点:①装配主轴拉刀杆及相关转动部件,在蝶形弹簧各表面涂上含MoS2的耐高压油脂,提高蝶形弹簧接触面间的耐磨性;②主轴组件的动平衡调整:主轴组件由前端支撑套和后端轴承外环为支撑,皮带传动可以调整主轴组件的动平衡,在电机转子两端的平衡板上配重,保证主轴旋转组件的不平衡量为0.5g

4、主轴运转测试

主轴运转试验分为以下五个步骤:①在主轴箱试验台架上调整油气润滑装置的参数,检测轴承温度变化后的精度。②主轴应该从最低转速依次以高、中、低的转速运行。最高转速运行时,时间不能超过20min,这样主轴轴承才能达到标准温度,温度和温升应在主轴定心轴承处测量,温度不超过60℃,温升不超过30℃。③主轴运转应平稳,不应有尖叫声和撞击声,主轴噪音不应超过78dB。④主轴松动拉刀机构试验。松、拉刀力应符合设计要求,用拉刀测试仪检测主轴的拉刀力,拉刀力应满足1400~1600kg的要求,松动的拉刀主轴轴向移动不应超过0.15mm。⑤复检主轴精度满足回转精度要求。


5、结束语

高速精密加工中心电主轴的加工技术是一种创新性设计,每个企业都在根据自有的加工、检测、实验设备和技术手段,不断实践和总结经验。按上述步骤加工装配的电主轴,经性能测试和用户反馈,主轴锥孔对主轴直径的径向跳动跟部为0.0016毫米,距主轴端面300毫米处0.004毫米,主轴支承主轴直径的圆度为0.0014,其精度指标满足高速精密加工中心的要求。