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电主轴集成技术和常见故障

时间:2021-11-12浏览:143次

电主轴

高速主轴是高速切削机床的核心部件,随着主轴转速要求的不断提高,传统的齿轮——皮带变速传动系统由于自身振动、噪音等原因已不能满足要求,而是一种新型的功能部件——电主轴,将主轴电机与机床主轴相结合,实现了主轴电机与机床主轴的一体化。电子传感器用在控制电主轴的温度,提供水或油冷循环系统,使主轴在高速旋转时保持恒温,一般可以控制一定的设定温度在20°~25°范围内,精度为±0.7°,同时采用油雾润滑、混合陶瓷轴承等新技术,使主轴免维护、长寿命、高精度。

电主轴首次用于内圆磨床,20世纪80年代,随着数控机床和高速切削技术的发展和需求,电主轴技术逐渐应用于加工中心、数控铣床等高档数控机床,成为近年来机床技术的重大成果之一。随着机床技术、高速切削技术的发展和实际应用的需要,人们对机床电主轴的性能提出越来越高的要求。目前,从事高速数控机床电主轴研发和生产的国外公司的技术代表了该领域的高水平。这些公司生产的电主轴具有以下特点:高功率、高转速;采用高速、高刚度轴承,以陶瓷轴承、液体静压轴承为主,空气润滑轴承、磁悬浮轴承用于特殊场合;高水平精密加工和装配技术;配套控制系统为高水平,包括转子自动平衡系统、轴承油气润滑及精密控制系统、定转子冷却温度精密控制系统及主轴变形温度补偿精密控制系统等。

电主轴集成技术

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。

1、高速轴承技术

电主轴通常采用动静压轴承、混合陶瓷轴承、电磁悬浮轴承。动静压轴承具有很高的刚度和阻尼,可以大大提高加工效率,提高加工质量,延长刀具寿命,降低加工成本,大部分轴承寿命是无限长的。目前,复合陶瓷轴承广泛应用于电主轴单元,这类轴承滚动体采用热压Si3N4陶瓷球,轴承套圈仍为钢圈,标准化程度高,对机床结构变化不大,易于维护。电磁悬浮轴承具有良好的高速性能和高精度,易于实现诊断和在线监测。然而,由于电磁测控系统的复杂性,这种轴承价格很昂贵,而且长期保持较高的价格,如今没有得到广泛应用。

2、高速电机技术

电主轴是电动机和主轴融合在一起的产物,电动机转子是主轴的旋转部件,从理论上讲,电主轴可以看作是一种高速电机。关键技术是高速的动平衡;

3、润滑

电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑;也可以使用油脂润滑,但应减少相应的速度。定时意味着每隔一段时间注入一次油。定量是指通过一种称为定量阀的装置精准控制每次润滑油的量。油气润滑是指用压缩空气将润滑油吹入陶瓷轴承。油量控制很重要,太少不能润滑;太多了,轴承高速旋转时,由于油的阻力会发热。

4、冷却装置

为了尽快为高速电主轴散热,通常在电主轴外壁引入循环冷却液,冷却装置的作用是保持冷却液的温度。

5、内置脉冲编码器

为了实现自动换刀和刚性攻螺纹,电主轴内置一脉冲编码器,实现精准的相角控制和与进给的协调。

6、自动换刀装置

为了应用于加工中心,电主轴配有自动换刀装置,包括碟形簧、拉刀油缸等。

7、高速刀具的装卡

广为人知的BT、ISO刀具,实践证明不适合高速加工。在这种情况下,出现了HSK、SKI等高速工具。

8、高频变频装置

要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速,必须使用高频变频器来驱动电主轴内置的高速电动机,变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。


电主轴常见故障:

1.加工精度下降。

2.圆柱度超出公差范围。

3.主轴发热。

4.噪音很大,但用手转动主轴的阻力较小。

(1)故障分析

在主轴部件拆卸检查过程中,发现故障原因如下:

①加工中心机械主轴轴承润滑脂混有灰尘和水分。这是因为该加工中心使用的压缩空气没有精细的过滤和干燥装置,所以气动吹屑时,少量的灰尘和水蒸气会闯入主轴轴承的润滑脂中,导致润滑不良、发热和噪音大;主轴内锥孔定位面有少许擦伤,锥孔与刀柄锥面配合不良,有少许偏心;

②主轴轴承前轴承预紧力减小,轴承游隙增大;

③主轴自动夹紧机构中部分碟形弹簧疲劳失效,刃具未被全部拧紧,有少许游隙。

(2)故障处理

在加工中心更换主轴轴承和润滑脂,调整轴承游隙,制作简易磨床,手工研磨主轴内锥孔定位面,用涂色法检查,确保刃柄与主轴定心锥孔的接触面积大于85%;更换蝶形弹簧。将修整后的主轴放回主轴箱,并用千分表检查径向跳动,150mm处近端小于0.006mm,远端小于0.010mm。试加工,主轴温升、噪音正常,加工精度满足加工工艺要求,再排除故障。

改进措施:

①增加压缩空气精滤和干燥装置,定期排空过滤器,定期清洗或更换滤芯;

②随时检查主轴锥孔、刃把清洁度和配合情况,检查空气干燥器工作是否正常;

③合理安排加工工艺,避免材料切除率急剧变化;

④严禁超负荷运行,如有故障应及时报修,不得带病运行。