mcv2520加工中心电主轴的选用

1、中心电主轴的选用M CV 2520, 王珂(河南机电高等专科学校, 河南 新乡 453002)摘 要:以 M CV 2520 小型立式中心电主轴的选择为例, 介绍了电主轴的结构 、轴承 、电机驱动模块、润滑冷却方式及主要参数选择的方法和步骤。这不仅保证了中心具有较高的生产率, 且使其结构更加紧凑。中心;电主轴 ;轴承;润滑号 :TG 659文献标识码 :B直接驱动, 实现了主1) 主电置于主轴前、后轴承之间电主轴是由内装式电与机床主轴的, 可电做成标准化的图 2 所示的高速电主轴是电主轴的基本结构形功能部件。有以下优点 1 , 机械结构简单, 传动惯量小, 因而快速响应性好, 能快速实现高速

2、、加(度和定角度的快速准停。输出功率大, 调速范围宽,有比较理想的扭矩功率特性。一次装夹可实现粗、式。其优点是主轴单元的轴向较短, 主轴刚度高, 出力大, 目前大多数电主轴都采用这种结构形式。精。还有主轴与振动等机床运行参数的功能, 其高速运转的可靠性与安全性好。因此, 在机床高速主轴上得到了广泛应用。1选择电主轴应考虑的问题MCV 2520 中心是一种体积小 、结构紧凑 、生产效率高、精度较高, 能完成铣、钻、攻丝等多种加工工序的小型立式 中心。能对小型板类 、盘类 、模具类等复杂零件上的小 小平面进行 , 其图 2 主电2) 主电置于主轴前、后轴承之间的电主轴 2置于主轴后轴承之后结构如图

3、 1 所示。为提高其生产率, 必须提高图 3 所示为主轴箱和主电作轴向的同轴布其主轴转速, 所以选用了高速电主轴。但在选择电置。这种布局有利于减小电主轴前端的径向电的散热也较好。但整个主轴单元的轴向,主轴时必须从多方面进行考虑, 以保证性能。中心的较大, 常用于高速精密模具型腔的中心。图 3 主电为保证立式位于后轴承之后的电主轴 2中心高度较小, 电主轴采用主电置于主轴前 、后轴承之间的结构。1. 2 电主轴轴承的选择目前, 电主轴采用的轴承主要有滚动轴承、流体静压轴承、陶瓷球混合轴承和磁悬浮轴承 。由于流体静压轴承结构复杂, 使用条件苛刻, 且图 1 M CV 2520 小型立式1. 1电主

4、轴结构布局中心总体结构示意图在高速条件下, 液面搅动, 消耗功率大,已很少应用于电主轴。高, 目前根据主电和主轴轴承相对位置的不同, 高速电主轴有 2 种布局方式。新技术新工艺 机械滚动轴承具有刚度高、高速性能好、结构简单紧 67 工艺与装备 2006 年 第 8 期凑、标准化程度高、品种规格繁多、便于维修更换、价格适中和便于选择等优点, 因而在电主轴中得到最广泛的应用。电主轴一般采用适应高速且可同时承受径向和轴向负荷的精密角接触球轴承 1 。目前国内外绝大多数高速电主轴都采用角接触陶瓷球轴承, 其滚球用Si3 N 材料制成, 其外径比同规格钢质球轴承小 1 / 3 。这种陶瓷材料轴承具有密度

5、小 、硬度高、热膨胀系数小、弹性模量大、使用长等优点。使用角接触陶瓷球轴承工作时, 即使采用性油脂润滑, 也可使电主轴获得运转速度高高25 % 35 %。2) 油 气润滑是一种新型的 、较为理想的方式, 它利用分配阀, 对所需润滑的不同部位, 按照其实际需要, 定时、定量(最佳微量)地供给油 气混合物, 能保证轴承的各个不同部位既不缺润滑, 又因润滑过量而造成更大的, 并且油雾污染小。降温效果较好, 但需要特殊的装置。1. 4. 2电主轴的冷却设计中采用冷却。性油脂润滑和外循环油 水6(dm n 值高达 2 10 )、小 、刚度大、长等一图 4 所示为高速电主轴的外循环油 水冷却系系列优良特性

6、。虽然这种轴承的价格比同规格同精统。在主电定子的外面加一带螺旋槽的铝质外度等级的钢质球轴承高 2 2. 5 倍, 但其使用高 3 6 倍, 因此其性能价格比并不差 2 。在满足使用性能的前提下, 对 MCV 2520中心电主轴进行选择时选用了精密钢质角接触陶瓷球混合轴承。1. 3电主轴电及驱动模块电主轴的电均采用交流异步感应电,有 2 种驱动和方式。套, 机床工作时, 冷却油不断在该螺旋槽中, 从要的热量及时、迅速地带走 。冷却油的而把主电流量可按主电的发热量进行计算。1) 普通变频器驱动和驱动器, 在低速时输出功率不够稳定, 不能满足低速大转矩的要求, 也不具备主轴准停和 C 轴功能。2)

7、矢量驱动器在低速端为恒转矩驱动, 在图 4 电主轴的油交换系统中、高速端为恒功率驱动。在刚启动时仍具有很大的转矩值, 再加上电主轴的转动惯量很小, 保证实现启动时, 瞬时达到最高速。这种驱动器又有开环和闭环 2 种。闭环驱动在主轴上装有位置传感器, 可实现位置和速度的反馈, 不仅有更好的动态性能, 还电主轴种类的选择中心用电主轴要求主轴具有松、拉刀机构,2码盘, 矢量驱动器的驱动和, 以实现自动换及准停。中心用电主轴有很多种, 如生产的中心用电主轴、国刀和对转速的精确满足以上要求的国产的洛阳轴承一设置和 C 轴功能;且价可实现主轴准停格较便宜。因此, 设计中采用了矢量驱动和。1. 4 电主轴润

8、滑和冷却方式的选择电主轴的内部有 2 个主要热源, 一个是内藏式主电 , 另一个是主轴轴承。电 的发热会直接降低轴承的工作精度, 同时轴承和主轴部件 、电机等之间在高速下产生强烈的摩擦, 也会影响机床工作的可靠性。因此要求电主轴必须有良好的润滑和冷却。1. 4. 1 电主轴的润滑电主轴主要有油脂润滑和油气润滑 2 种润滑方式。驱动器的外的有 FISCHER 公司 、IBAG 公司、ST EP TEC 公司以及意大利GAMFIOR 公司、FA EMAT 公司等生产的一系列 中心用电主轴。中心的结构并能满足以上要求, 选用根据了意大利 FAEM AT 公司生产的主轴。中心用电电主轴主要参数的选择电

9、主轴的主要技术参数选择如下:由于设计中采用整体硬质合金钻头, 最大钻头直径为 d =10 mm , 最小钻头直径为 d =0. 4 mm 。在最大钻头直径为 d =10 m m 时, 切削用量为f =0. 2 mm /r , v =40 m / min 的条件下钻削钢时, 扭矩 M 、转速 n 和功率 P 分别为:31) 油脂润滑为加装置和特别维护。但其润滑, 不需要任何附较高,轴承工作的最高转速较低, 一般dn 值在 1陶瓷 混 合 轴 承 条 件 下, 其106 以下, 在使用dn 值 可 以 提· 68 新技术新工艺 机械工艺与装备 2006 年 第 8 期1. 9750. 8

10、85- 0. 11M =345. 3dfv4结语通过以上方法选择的电主轴, 具有良好的综合性能, 特别是有较高的转速, 从而可以保证小小平面时有较高的生产率, 而且由于结构较5 216N mm =5. 216N m=1 000v =1 00040 1 274 r / minnd3. 1410= Mn =5. 2161 274=0. 696 kWP9 5509 550小, 可保证中心结构小而紧凑。在最小钻头直径为 d =0. 4 mm 时, 切削用量为 f =0. 2 mm / r , v =20 m /min 的条件下钻削钢时, 扭矩 M 、转速 n 和功率 P 分别为: 参考文献霖. 高速切

11、削技术及应用 M . 北京:机械工业 1社, 2002. 2M =345. 3d1. 975f 0. 885v- 0. 119. 787N mm 0. 01 N m霖,. 高速电主轴设计制造中若干问1 000v1 00020nmax =d= 3. 140. 415 924 r /min题的探讨 J . 制造技术与机床, 2001(7) :12 14. 3 意大利 FA EM A T 公司. FA EM A T 电主轴= Mnmax = 0. 0115 924说明书.= 0. 168 kWP9 5509 550根据使用说明书, 电主轴型号可选择为FA 120CUV , 其主要技术参数如表 1 所

12、示。表 1 电主轴的主要技术参数 3作者简介(1966 ), 女, 河南原阳人, 副教授,主要从事机械设计与制造、CAD /CA M 等方面的教学与研究。收稿日期:2006 年 3 月 30 日最高转速/ r 最大输出最大电流 频率 电压 重量 松刀最小 轴端转矩 / 功率/ kW/Pa 连接/ A/ H z/ V/ kg(S 1 / S6)1N n责任编辑 周守清ISO /8 000 5. 3 60 / 226600 3 530506 BT 30艾克斯特解决方案全面升级十余年来, 艾克斯特始终推崇前沿技术, 以谋求自强不息 ;推崇精诚服务 , 以传承厚德载物。十年磨就一剑的艾克斯特自 03

13、年率先提出制造业信息化 CA D /CA PP /CA M / PDM / ERP / M ES / PLM 一体化解决方案 , 历经实战考验、实现客户应用, 取得了宝贵的实践积淀与业内各界广泛认可。2006年,“ 十一五”期间 , 此次 , 艾克斯特隆重推出解决方案升级版, 为广大的制造行业用户再献夏日精品。6 月30 日, TeamDesigner“ 设计”集成化设计系统(简称 TD)4. 0 以及XTCAPP“ 工艺系统”(简地在称CA PP)6. 0 率先登场, 7 月 20 日, XTPDM “数据管理系统” 4. 0 再次出击。据悉, 完全A 2006 开发包的平台给予TeamDe

14、sig ner4. 0 的完全编译处理, 能够全面 、稳定地支持 TeamDesig ner4. 0 在A 2006 平台上的挂接和具体功能模块的调用, 完善的标准件库以及全面实现 2003新标准标注的CAD执行规范。XTCAPP 作为企业CIMS 系统中的重要组成部分, 为工艺部门提供了工作的平台, 产生和管理工艺数据, 成为连接PDM 和E RP 的桥梁。而XTCAPP6. 0 在原来工艺文件管理的基础上逐渐转向以工艺路线为 的工艺全生命周期的管理, 完善了XTCAPP5. 5 实用过程中的一些需求和问题。在 XTCAPP5. 5 的基础上, 以统一基础库取代原来的CA PP 基础库, 并集成了统一编码 ;增加了 BOM 调整 、和变更 BOM模块, 可以处理 EBOM 到PBOM 的生成, 并将 EBOM 的变更应用到 PBOM