Trục chính điện tốc độ cao, đơn vị trục chính của động cơ tích hợp, là một phần quan trọng của máy CNC. Động cơ trục chính được lắp đặt bên trong đơn vị trục chính của máy công cụ, điều khiển trục chính, do đó thúc đẩy động cơ và trục chính trở thành một tổng thể. Để cải thiện hiệu quả hoạt động của máy CNC, cần phải nắm vững các điểm kỹ thuật của trục chính điện tốc độ cao và phát huy lợi thế của nó, đồng thời thúc đẩy sự cải tiến liên tục của công nghệ trục chính điện.

1. lợi thế của trục chính tốc độ cao

Hoạt động trục chính của máy công cụ CNC truyền thống, trong quá trình đóng vai trò điều khiển động cơ, ổ đĩa chính giữa thiết bị truyền động và thiết bị truyền động, chẳng hạn như bánh răng, vành đai và khớp nối, v.v., đó là "trục chính cơ khí", còn được gọi là trục chính tách và trục chính kết nối trực tiếp. So với trục chính truyền thống này, trục chính điện có những ưu điểm sau:

(1) Hoạt động của trục chính được điều khiển bởi động cơ được lắp đặt bên trong, không cần phải thông qua thiết bị truyền động và truyền tải trung gian. Cấu trúc thiết kế của nó đơn giản và nhỏ gọn, có thể cải thiện hiệu quả hoạt động với độ chính xác cao. Trong quá trình hoạt động, sẽ không có tiếng ồn lớn và rung động nhỏ.

(2) Trục chính điện áp dụng công nghệ biến tần AC, có thể đạt được tốc độ biến đổi vô cấp trong phạm vi tốc độ quay định mức. Khi máy công cụ hoạt động, bất kể điều kiện làm việc hoặc tải thay đổi, trục chính điện có khả năng thích ứng tốt.

(3) Khi hoạt động của động cơ gắn bên trong, vector vòng kín có thể được điều khiển, công suất được điều chỉnh hiệu quả theo hướng dẫn điều khiển, điều khiển linh hoạt tốc độ hoạt động của thiết bị truyền động, thời điểm đầu ra, v.v. Trục chính điện có thể đáp ứng tất cả các loại yêu cầu công suất cao, chẳng hạn như cắt nặng tốc độ thấp và mô-men xoắn cao, hoặc hoàn thiện tốc độ cao, trục chính điện có thể hoạt động tốt để đạt được điểm dừng gần, đồng thời đáp ứng chức năng truyền trục C.

(4) trục chính điện có thể chạy ở tốc độ cao, ổn định tốt và độ chính xác động cao hơn, làm cho tốc độ cắt của máy CNC nhanh hơn và độ chính xác gia công cao hơn.

(5) Bởi vì hoạt động của trục chính điện không cần phải đi qua liên kết truyền tải trung gian, độ ổn định cao hơn và sẽ không bị tác động từ bên ngoài, vòng bi của trục chính không cần phải chịu tải động lớn, kéo dài tuổi thọ chính xác

(6) Trục chính điện làm cho động cơ và trục chính thành một tổng thể, tạo thành một đơn vị để trục chính điện có thể được sản xuất hàng loạt, tạo thành một quy mô nhất định và sản xuất chuyên nghiệp hơn. Trục chính điện được sử dụng như một bộ phận chức năng của máy CNC và cũng được đưa vào thị trường như một hàng hóa. Các doanh nghiệp có thể chọn trục chính điện theo nhu cầu vận hành máy chủ của máy CNC, điều này sẽ thúc đẩy sự phát triển mô-đun của máy công cụ.

2, Điểm kỹ thuật trục chính điện tốc độ cao

2.1 Công nghệ vòng bi chính xác tốc độ cao cho trục chính điện tốc độ cao

Trong hệ thống trục chính điện, công nghệ vòng bi trục chính là chìa khóa, chủ yếu bao gồm ba loại vòng bi áp suất động, vòng bi tiếp xúc góc và vòng bi treo từ. Trong số đó, vòng bi áp suất động là sự kết hợp của vòng bi áp suất tĩnh và vòng bi áp suất động, kết hợp những ưu điểm của cả hai, có hiệu suất tốc độ cao tốt và phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng hơn. Vòng bi tiếp xúc góc thường được sử dụng trong máy CNC chính xác, đóng vai trò hỗ trợ trục chính, có ảnh hưởng nhất định đến hiệu suất tốc độ cao. Nguyên nhân chính của hiện tượng này là quả bóng được làm bằng vật liệu silicon nitride, trong tác động tốc độ cao sẽ làm tăng lực ly tâm và mô men con quay hồi chuyển, cho phép hiệu suất tốc độ cao của ổ trục được chơi và đường kính của thân lăn được giảm. Do chi phí sản xuất vòng bi cao, hệ thống điều khiển phức tạp, không dễ giải quyết vấn đề nhiệt trong quá trình vận hành vòng bi, vì vậy nó sẽ chỉ được sử dụng trong những dịp đặc biệt.

2.2 Công nghệ cân bằng động cho trục chính điện tốc độ cao

Trục chính điện tốc độ cao có các đặc tính của tốc độ chạy cao, hoạt động chính xác cao và hiệu quả xử lý cao, nhưng những đặc điểm này được xây dựng trên cơ sở cân bằng động. Trạng thái hoạt động của trục chính điện sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn như yếu tố sản xuất, lỗi trong quá trình lắp đặt trục chính, hoặc sự hiện diện của vật liệu không đồng đều, v.v., chắc chắn sẽ dẫn đến vấn đề mất cân bằng hoạt động. Thông thường trong quá trình vận hành trục chính điện, tốc độ vận hành tối đa có thể vượt quá 10.000 r/phút, thậm chí đạt 60.000~100.000 r/phút. Khi trục chính chạy, ngay cả khi thước đo không bằng phẳng là nhỏ, nó có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của trục chính quay và thậm chí ảnh hưởng đến sự ổn định của hoạt động của hệ thống hỗ trợ ổ trục. Do đó, cần phải yêu cầu nghiêm ngặt độ chính xác cân bằng động của trục chính điện tốc độ cao.

Để cải thiện sự cân bằng của trục chính, thiết kế của trục chính điện cần phải sử dụng cấu trúc đối xứng, để nâng cao độ chính xác khi gia công và lắp ráp. Khi trục chính được phục hồi từ nhà máy, cân bằng động ban đầu được điều chỉnh để cải thiện sự cân bằng của trục chính, nhưng công cụ trục chính vẫn có vấn đề không đối xứng nhẹ, thậm chí cả vấn đề mài mòn công cụ hoặc dao dán chip, cân bằng động ban đầu vẫn sẽ bị phá vỡ. Do điều kiện làm việc phức tạp, hệ thống công cụ trục chính sẽ bị xáo trộn, chẳng hạn như kích thích lực cắt, lực ly tâm và biến dạng nhiệt là những yếu tố ảnh hưởng quan trọng, do đó phá vỡ hệ thống trục chính và làm cho nó không thể duy trì trạng thái hoạt động ổn định. Để làm cho trạng thái hoạt động tốc độ cao của trục chính điện, đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định liên tục của máy CNC, cần phải thiết kế hệ thống cân bằng động cho hoạt động trực tuyến và hoạt động tự động và cải tiến liên tục theo nhu cầu ứng dụng thực tế để phát huy giá trị của nó.

2.3 Công nghệ bôi trơn trục chính điện tốc độ cao

Bôi trơn trục chính điện tốc độ cao, chủ yếu là bôi trơn vòng bi trục chính. Do đó, cần phải sử dụng một hệ thống bôi trơn khoa học và hiệu quả để kiểm soát sự gia tăng nhiệt độ của ổ trục, do đó đảm bảo độ chính xác và ổn định của hệ thống quá trình máy công cụ. Khi chọn chế độ bôi trơn của trục chính điện tốc độ cao, cần phải có loại ổ trục, tốc độ hoạt động và tải, v.v., bạn có thể chọn chế độ bôi trơn dầu mỡ, chế độ bôi trơn sương mù dầu hoặc chế độ bôi trơn phun, v.v. theo nhu cầu.

2.4 Công nghệ làm mát trục chính điện tốc độ cao

Stator của động cơ điện được lắp đặt trong vỏ trục chính điện, trục chính điện thực hiện thiết kế khép kín, khi nó ở trạng thái hoạt động tốc độ cao, do thiếu điều kiện tản nhiệt, sẽ có vấn đề về vỏ quá nóng. Có hai nguồn nhiệt bên trong trục chính điện: nguồn nhiệt đầu tiên là động cơ điện trong quá trình vận hành do mất mát sẽ tạo ra nhiệt; Nguồn nhiệt thứ hai là nhiệt được tạo ra do ma sát trong quá trình vận hành vòng bi. Khi nhiệt được tạo ra trong quá trình vận hành động cơ, chức năng tản nhiệt chính là vỏ trục chính, một phần nhiệt được truyền qua trục chính đến ổ trục, dẫn đến nhiệt độ ổ trục tăng nhanh, tuổi thọ của nó phải bị ảnh hưởng, độ chính xác sản xuất của trục chính bị ảnh hưởng bởi độ giãn dài nhiệt, sự ổn định và độ tin cậy của hoạt động của hệ thống trục chính không thể được đảm bảo. Phương pháp làm mát trục chính điện là lắp đặt tay áo nước làm mát tuần hoàn ở vị trí kết nối stator và vỏ, bôi trơn ổ trục để giảm lượng nhiệt, bôi trơn hợp lý không chỉ có thể đóng vai trò bôi trơn, mà còn đóng vai trò làm mát.

2.5 Công nghệ động cơ trục chính cho trục chính điện tốc độ cao

Hầu hết các động cơ điện được sử dụng trong trục chính là động cơ cảm ứng không đồng bộ AC. Do hiệu suất sử dụng động cơ nam châm vĩnh cửu được cải thiện, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu AC đã được sử dụng rộng rãi. Ưu điểm là rôto trục chính điện không còn nóng nữa, trục chính điện không còn tạo ra biến dạng nhiệt và rôto không bị mất, cải thiện hiệu quả hoạt động của trục chính điện, giảm quán tính quay, tăng tốc độ khởi động và dừng lại. Hiệu suất tốt có thể được duy trì khi trục chính điện chạy ở tốc độ thấp.

2.6 Công nghệ gia công và lắp ráp chính xác trục chính điện tốc độ cao

Khi trục chính điện hoạt động ở tốc độ cao, để đảm bảo độ cứng và độ chính xác quay, cần phải gia công chính xác các bộ phận quan trọng, thậm chí gia công siêu chính xác, cải thiện độ chính xác của các bộ phận trục chính khi lắp ráp. Trong các đơn vị trục chính, tất cả các phôi cần gia công chính xác, bao gồm gia công vỏ, gia công ổ đỡ và như vậy có độ chính xác cao, vòng đệm ổ trục sẽ xoay với tốc độ cao của trục chính, cũng đòi hỏi độ chính xác gia công cao. Ngoài ra, trong quá trình lắp ráp các công cụ gia công trên trục chính điện tốc độ cao, công nghệ xử lý tiên tiến nên được áp dụng và độ chính xác lắp ráp phải đáp ứng các yêu cầu.

2.7 Công nghệ bảo vệ nhiệt độ cho trục chính điện tốc độ cao

Khi thiết kế máy phay CNC tốc độ cao, cần khởi động hệ thống làm mát để làm mát trục chính. Có ba vòng bi bên trong trục chính, đó là vòng bi phía trước, vòng bi giữa và vòng bi phía sau. Trục chính có tốc độ hoạt động và sức mạnh khác nhau. Nếu cảm biến nhiệt độ được gắn gần vòng bi, nhiệt độ của vòng bi trục chính có thể được theo dõi trong thời gian thực. Khi thu thập tín hiệu, cảm biến nhiệt độ cần hoạt động như mô-đun đầu vào của bộ điều khiển logic có thể lập trình được. Các loại cảm biến khác nhau chia tín hiệu thành 4~20mA. Khi thiết kế chương trình điều khiển máy, cần tính toán và hiệu chỉnh nhiệt độ theo tín hiệu cảm biến. Khi thực hiện bảo vệ nhiệt độ ổ trục, giá trị giới hạn ngưỡng cũng cần được đặt trong chương trình để bảo vệ ổ trục.

3, Kết luận

Thông qua các nghiên cứu trên có thể làm rõ rằng trong quá trình sản xuất các sản phẩm cơ khí, việc áp dụng công nghệ chế biến tốc độ cao có thể giải quyết nhiều vấn đề khó khăn, độ chính xác xử lý cao và chất lượng được đảm bảo. Do đó, công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và trở thành công nghệ chủ đạo. Hiện nay, công nghệ trục chính điện tốc độ cao đang phát triển nhanh chóng, tất cả các ngành công nghiệp đã tiến hành nghiên cứu sâu về công nghệ này theo nhu cầu riêng của họ. Trong khi nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ, chúng ta cũng cần phát huy các đặc điểm của tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường để đạt được sự phát triển thông minh.