数控机床电主轴单元技术.ppt

数控机床主轴单元技术-吴玉厚，名称：相妖魔化学号：1372173，目录，主轴概述主轴工作原理和结构轴承技术润滑，冷却和平衡技术经验和总结，主轴概述，通过内部马达直接驱动机床主轴，机床主传动链长度减小到零，实现机器的“零驱动”该主轴电机是机床主轴和“合为一体”的驱动结构形式，使主轴部件在机床驱动系统和整个结构中相互独立，因此可以成为通常称为“主轴”的“主轴单元”。马达内置和直接驱动优点：1，皮带轮或齿轮传动装置在高速时加剧振动，产生噪音，影响加工效果。2、高速加工需要快速准停，直接驱动惯性力矩小。3、内置电机，可以提高主轴刚度，提高系统固有频率。4、运行平稳，使用寿命长。5、结构简单紧凑，便于专业生产。缺点：不利于冷却，需要专业冷却装置。定义，CompanyLogo，2主轴的优点，转速高输出，小型结构，惯性小刚度，振动低噪声低响应，主轴概述，主轴结构紧凑，重量轻，惯性小，振动小主轴轴承是高速轴承技术，耐磨性好，使用寿命是现有轴承的几倍。4、我国主轴的技术现状及与国外的差距，(1)在主轴的低速大扭矩下，外国产品低速段的输出扭矩可以达到300Nm以上，部分达到德国CYTEC等600多个Nm，目前在100Nm以内。(2)在高速方面，国外用于加工中心主轴的速度达到75000r/min(意大利凸轮血液or)，我国达到20000r/min以下。(3)国外高速主轴轴承已普遍采用先进的油气润滑技术，而我国仍以润滑脂润滑及油雾润滑为主。(4)外国已经在主轴的支撑技术方面有移动、静压液体(气)气浮轴承主轴(瑞士IBAG等)、磁悬浮轴承主轴(瑞士IBAG)的成熟产品，我国还在科学研究或少量批量试生产中，(5)主轴上有电动机闭环矢量控制技术、交流伺服技术主轴智能监控技术等尚未成熟或不能满足实际应用需要的等、主轴原理和结构、1、主轴由无壳电机、主轴、轴承、主轴单元外壳、驱动模块和冷却装置组成。 2、电机转子采用压力分配方法与主轴组合，主轴由前后轴承支撑。马达的定子通过冷却套筒安装在主轴单元的外壳上。3、主轴变速由主轴驱动模块控制，主轴单元内的温升受冷却单元限制。4、主轴后端装有速度测量、角度测量位移传感器，前端内锥孔和端面用于安装工具。，主轴原理和结构，1.1.1轴壳是高速主轴的主要组成部分。轴外壳的尺寸精度和位置精度直接影响主轴的整体精度。通常在轴外壳中直接设计轴承孔。主轴必须打开一端以安装电机定子。可以将大型或特殊主轴、轴外壳的两端设计为开口1.1.2轴轴，是高速主轴的主旋转主体。制造精度直接影响主轴的最终精度。需要对轴进行严格的平衡测试。轴上部分安装的零件也必须与轴一起进行平衡测试。1.1.3轴承高速主轴的核心支撑零件是高速精密轴承。主轴的最大速度取决于轴承大小、放置和润滑方法，因此，该轴承必须由高性能、高动态载荷轴承容量、良好润滑性能、低热值的优点组成，1.1.4定子和转子高速主轴的定子必须由高电导率的优质硅钢片的挤压组成。转子是中频电动机的旋转部分，具有将定子电磁场能量转换为机械能的功能。转子由转子芯、鼠笼、轴三部分组成，主轴原理和结构，1.2工作原理高速主轴电机绕组相位差120，3相交流电，三相绕组分别形成正弦交变磁场，这三个对称交变磁场相互叠加形成一个强度，磁极在一定方向以恒定速度旋转合成磁场，磁场速度是主轴的同步速度。感应电动机的同步速度n由输入电动机定子绕组电流的频率f和电动机定子的极对数p确定。公式：n=60f/p速度：使用转换输入电动机定子绕组的电流频率和励磁电压获得不同的速度。转向：通过更改主轴输入电流的相顺序，可以更改主轴的旋转方向。主轴原理和结构，1，高速精密轴承技术2，主轴的动态性能和热状态分析3，高速电动机驱动技术和矢量变频技术4，精密加工和精密装配技术5，润滑和冷却技术6，夹紧和自动工具交换技术，关键技术，主轴原理和结构，主轴模型上的弦，安装尺寸和速度代码包含参数，例如衬套直径、最高速度和输出功率。速度n=60f/p主轴通常表示异步电动机输出功率为p。通常，随电源频率和电压变化的输出扭矩以m表示，最大扭矩表示主轴的过载能力。额定扭矩表示负载容量，最大扭矩通常约为额定扭矩的2倍。瞬时最大负载扭矩找不到比主轴的额定扭矩小一点的主轴的最大扭矩。转矩与速度、功率的关系恒定转矩速度调节通常用于磨削主轴或小型铣削主轴，以评估高速性能。恒功率速度控制通常在启动阶段或低速阶段使用恒转矩速度控制。高速使用一定的功率速度调节。Dmn值刚度和精度、基本参数、主轴原理和结构以及Dmn值反映主轴功率和速度的重要特性参数。通常，Dmn小于或等于1时可用的润滑脂润滑。Dmn小于1，需要油气润滑或油雾润滑以实现高速或高速大功率主轴。与刚度和精度以及主轴的前后轴承配置方法、主要零件的制造精度、可选滚动轴承的大小和详细等级、装配的技术水平和预加载相关。轴承技术、轴承技术是超高速主轴系统的关键技术。有更多轴承形式的1磁轴承、2静压轴承3和陶瓷球轴承。磁力轴承的优点：机械磨损小能耗低，噪音小，寿命长，不需要润滑，不污染油。而且磁悬浮轴承仍然可以调整可控轴承、刚度和阻尼。缺点：价格昂贵，控制系统复杂。发烧问题不容易解决。轴承技术、静态和动态压力轴承优点：结合动态压力轴承和静压轴承的优点，新的多油膜轴承给出了严重的热、供油系统的大、复杂缺点，同时提供了非常快的性能，以及动态压力轴承启动和停止时可能出现的干摩擦的弱点。速度调节范围广。缺点：需要专用设计和个别制作，标准化低，维护困难，目前应用少。关键技术：1，静压轴承层流，湍流流体惯性的计算算法研究。2、静压轴承腔结构研究。3、轴承声学及变形控制技术研究4、润滑阻断研究。轴承技术，陶瓷球轴承，1，陶瓷密度比轴承钢低。在相同条件下，离心力的降低会延长高速轴承的寿命，2，陶瓷材料在高温下延长。强度和硬度保持不变。因此，可以在高温条件下替代金属轴承材料。3，陶瓷轴承热膨胀系数低。4，陶瓷材料的热润滑性好，有助于减少轧制和环的摩擦力。制造困难，成本高。优点、缺点、轴承技术、轴承动力学分析、离心力和陀螺力矩滚动体的离心力、滚动轴承的损坏形式主要是疲劳破坏、磨损、成型压痕、烧伤和润滑失败。刚性轴承损坏：主要是接触疲劳下降。陶瓷球轴承的破坏主要是轴承钢圈的接触疲劳损失。混合陶瓷轴承的寿命估算也主要用于线圈的寿命计算。根据滚珠轴承修改了滚珠轴承的寿命。滚动轴承的构造形式和预加载，主轴是陶瓷圆柱混合轴承，可用于高速主轴，使用后轴承。提高刚度，简化结构。角接触球轴承通常需要轴向预载荷才能工作。依靠内孔1:12的锥度消除间隙，应用预紧，为各种速度和负载的主轴选择最佳轴承预负载值是主轴制造商的重要技术。负载套用刚性预负载和弹性预负载。和可调整预载荷的设备，润滑、冷却和平衡技术，主轴轴承油气润滑的特性，a)提高轴承容量：c)提高轴承对恶劣工作环境的适应性：b)提高轴承运行速度：d)提高轴承寿命：e)消耗润滑剂油气润滑技术包括持续准确供应每组主轴轴承的压缩空气、滚动主体和内外滚子之间的小油滴弹性动态压力油膜、消除轴承运转产生的部分热量的压缩空气、特性：高功率、高速度。高速和高刚度轴承。在国外高速精密主轴上使用高速、高刚度轴承，主要使用陶瓷轴承和液体静压轴承，在特殊情况下使用空气润滑轴承和磁性轴承。精密加工和精密装配工艺水平。高水平支持控制系统。这些控制系统包括转子自动平衡系统、轴承油气润滑和精密控制系统、固定转子冷却温度精密控制系统、主轴变形温度补偿精密控制系统等，在此基础上，美国、日本、德国、意大利、瑞士等这些外国企业生产了多种商业化高速机床。主轴技术的发展趋势主要表现在以下方面：1)在高速度、高刚度方向继续发展2)在高速大功率、低速大力矩方向上发展3)在