数控技术[第七章2].ppt

四、高速主轴的设计 80年代以来，数控机床、加工中心、主铀的高速化发展很快，高速主轴的发展是以航空工业、家电、汽车等工业追求机械零件的轻量化，而普遍采用铝合金零件后，提出的轻铝合金高速加工的课题而产生的。对于钢铁等黑色金属的加工，由于刀具寿命的限制，目前的最高主轴转速的Dmn值小于1×106m/min已经足够充裕，而铝合金的切削性能就不同，根据日本大限铁工所做的铝合金切削试验，速度的提高，表面粗糙度Ra值降低，表7—1是表面租糙度和切削速度的关系。 ; 主铀高速化首要解决的技术问题有三方面： (1)高速电动机的控制技术。 (2)高速轴承的开发 高速时选用陶瓷轴承已在加工中心机床上采用，其轴承的滚动体是用陶瓷材料制成，而内、外因仍用轴承钢制造。陶瓷材料为动Si3N4，其优点是重量轻，为轴承钢的40％，热膨胀率低，是轴承钢的25％；弹性模量大，是轴承钢的1．5倍。采用陶瓷滚动体，可大大减小离心力和惯性滑移，有利于提高主轴转速。目前的问题是陶瓷价格昂贵，且有关寿命、可靠性试验数据尚不充分．需进一步试验和完善。 (3)冷却润滑技术的研究 过去加工中心机床主轴轴承大都采用油脂润滑方式，为了适应主铀转速向更高速化发展的需要，新的润滑冷却方式相继开发出来，表7-2所示为减小轴承温升，进而减小轴承内外因的温差，以及为解决高速主铀轴承滚道处进油困难所开发的各种润滑冷却方式。;1)油气润滑方式。这种润滑方式不同于油雾润滑方式，油气润滑是用压缩空气把小油摘送进轴承空隙中，油量大小可达最佳值，压缩空气有散热作用，润滑油可回收，不污染周围空气。图7—17是油气润滑原理图。 根据轴承供油量的要求，定时器的循环时间可从1min到99min定时，每次定时时间到二位二通气阀开通一次，压缩空气进入注油器，把少量油带入混合室，经节流阀的压缩空气，经混合室，把油带进塑料管道内，油液沿管道壁被风吹进轴承内，此时，油成小油滴状。 ;2)喷注润滑方式。这是最近开始采用的新型润滑方式。其原理如图7—18所示。它用较大流量的恒温油(每个轴承3—4L／min)喷注到主轴轴承，以达到冷却润滑的目的。回油则不是自然回流，而是用两台排油泵强制排油。; 3)突人滚道式润滑方式。内径为100mm的轴承以20000r/min的速度旋转时，线速度为100m／s以上，轴承周围的空气也伴随流动，流速可达50m/s要使润滑油突破这层旋转气流很不容易，采用突人滚道式润滑方式则可以可靠地将油送入轴承滚道处。 如图7—19所示为适应该要求而设计的特殊轴承。润滑油的进油口在内滚道附近，利用高速轴承的泵效应，把润滑油吸入滚道。若进油口较高，则泵效应差，当进油口接近外该道时则成为排放口了，油液将不能进入轴承内部。; 4)电动机内装式主铀。电动机转子装在主轴上，主铀就是电动机轴，多用在小型加工中心机床上。这也是近来高速加工中心主轴发展的一种趋势。图7—20所示为结构示意图以及冷却油流经过路线。 ; 五、天级变速传动链的设计 目前数控机床上采用的主轴电动机主要是四磁极鼠笼式感应电动机，删c交流主铀电动机的额定转速nd＝1500r／min，最高转速nmax=6000~8000r/min；西门子的交流主铀电动机的额定转速nd= 1500r／min ；最高转速nmax=6500~9000r/min ，从额定转速nd到最高转速nmax是恒功率调速，调速范围为。 nmax/ nd≤5~6从额定转速向低速调速是恒转矩调速，恒转矩的凋速范围为nd / nmin ，由于nmin可以很小，使nd / nmin可以大到1000以上。在恒功率区工作时，随着转速的升高，转矩变小，功率不变c在恒转矩区工作时，随转速的下降，功率减小，转矩不变，如图7—21所示。; 若主传动系统采用图7—13中b、d形式，由电动机单独完成主轴的变速要求，电动机的变速范围则等于主轴的变速范围，在低于额定转速时，转速越低输出的功率越小，当机床在低速大转矩切削加工时．要求电动机输出较大的转矩，由于电动机的功率是根据额定转速确定的，为了满足机床低速大转矩的要求，就不得不选用大功率电动机。这样就会造成在较高转速，特别是在额定转速以上工作时，电动机功率远大于机床消耗的功率的后果，造成资源的浪费。 由于某些数控机休主轴要求的恒功率调运范围远大于电动机的恒功率范围，因此采用图7。13a的形式用串联分级变速箱的办法来扩大恒功率调速范围。变速齿轮的公比φ的确定与电动机的恒功率调速范围有关，原则上使φ等于电动机恒功率调速范围，为适应主轴变速范围的要求，也有使φ大于或小于电机恒功率调速范围。;;;;;第三节 数控机床进给传动系统;一、滚珠丝杠传动