電主軸用高速角接觸陶瓷球軸承

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1、上海大學(xué)2011～2012學(xué)年秋季學(xué)期研究生課程考試小論文課程名稱：現(xiàn)代支承理論與技術(shù)專題課程編號(hào)：09SAS9022（專碩09Z078006）論文題目：電主軸用高速角接觸陶瓷球軸承研究生姓名：學(xué)號(hào)：論文評(píng)語(yǔ)：成績(jī)：任課教師：評(píng)閱日期：12一、電主軸1.電主軸的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)電主軸（High-speedEletricSpindle）是將主軸和電機(jī)集成在一起的部件，主軸是電機(jī)的轉(zhuǎn)子，定子裝入主軸套體內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)減少了振動(dòng)，增加了可靠性，可以獲得高轉(zhuǎn)速和高的加（減）角速度[3]。其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動(dòng)”。從機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)看，這種傳動(dòng)方式取消了從主電動(dòng)機(jī)到主軸之間一切中間的機(jī)

2、械傳動(dòng)環(huán)節(jié)（如皮帶、齒輪、離合器等），實(shí)現(xiàn)了主電機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。電主軸的這種傳動(dòng)方式有以下優(yōu)點(diǎn)[4]：（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)慣量小，因而快速響應(yīng)性好，能實(shí)現(xiàn)極高的速度、加（減）速度和定角度的快速準(zhǔn)停。（2）采用交流變頻調(diào)速和矢量控制的電氣驅(qū)動(dòng)技術(shù)輸出功率大，調(diào)速范圍寬，有比較理想的扭矩-功率特性。（3）實(shí)現(xiàn)了主軸部件的單元化，可獨(dú)立做成標(biāo)準(zhǔn)化的功能部件，并由專業(yè)廠進(jìn)行系列化生產(chǎn)。（4）減少了主軸的振動(dòng)，減小了噪音，提高了主軸的回轉(zhuǎn)精度。2.電主軸國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外電主軸的開(kāi)發(fā)比較早，目前美國(guó)、日本、德國(guó)和瑞士等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)生產(chǎn)了多種商品化高速機(jī)床。機(jī)床主軸部件業(yè)已經(jīng)開(kāi)始專業(yè)化生

3、產(chǎn)，且產(chǎn)品已經(jīng)系列化[5]。例如瑞士生產(chǎn)的HSM700型高速立式加工中心，其主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)42000r/min，最大進(jìn)給速度40m/min，主軸的驅(qū)動(dòng)功率14kw。日本生產(chǎn)的VZ40型加工中心，主軸的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)到50000r/min，最大進(jìn)給速度20m/min，主軸的驅(qū)動(dòng)功率為18.5kw[6]。目前我國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了最高轉(zhuǎn)速到24000r/min的電主軸，已經(jīng)小批量裝備國(guó)產(chǎn)機(jī)床。國(guó)內(nèi)鉆、銑主軸最高轉(zhuǎn)速已達(dá)到80000r/min，并且具有自動(dòng)拉刀機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)快速換刀功能。我國(guó)高速電主軸的設(shè)計(jì)制造技術(shù)剛剛起，目前尚未形成批量生產(chǎn)規(guī)模，電主軸的各項(xiàng)性能指標(biāo)和國(guó)外尚有較大的差距。高轉(zhuǎn)速、高精度

4、的數(shù)控機(jī)床和加工中心所用的電主軸，大部分都是從國(guó)外進(jìn)口的[7]。3.國(guó)內(nèi)外高速電主軸的差距與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，國(guó)產(chǎn)電主軸無(wú)論在品種和質(zhì)量方面，還是在性能方面都有較大的差距：①轉(zhuǎn)速：國(guó)外用于加工中心等數(shù)控機(jī)床的電主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)75000r/min，國(guó)內(nèi)電主軸多在15000r/min以下；其他類型的電主軸，國(guó)外最高轉(zhuǎn)速為300000r/min，我國(guó)最高轉(zhuǎn)速則為150000r/min。②輸出扭矩：國(guó)外電主軸低速段的輸出扭矩最大可達(dá)300N·m以上，我國(guó)則多在100N·m以內(nèi)。③dmn值：國(guó)外電主軸軸承的dmn值一般在100萬(wàn)以上，磁懸浮軸承的dmn值可達(dá)400萬(wàn)以上；國(guó)內(nèi)電主軸軸承的dmn值一般不

5、超過(guò)100萬(wàn)。④軸承：國(guó)外電主軸多采用轉(zhuǎn)速高、剛度大的陶瓷軸承和液體動(dòng)靜壓軸承，特殊情況下采用氣體軸承和磁懸浮軸承；國(guó)內(nèi)電主軸軸承主要從國(guó)外進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)軸承以鋼質(zhì)角接觸球軸承為主，工作壽命短。⑤12電主軸產(chǎn)品化：國(guó)外電主軸已系列化、專業(yè)化，國(guó)產(chǎn)電主軸處于研發(fā)試制、小批量生產(chǎn)階段，仍主要依賴進(jìn)口。⑥配套技術(shù)：電主軸潤(rùn)滑技術(shù)、電機(jī)矢量控制、交流伺服控制技術(shù)、軸端設(shè)計(jì)、精確定向等配套技術(shù)，國(guó)內(nèi)仍然不夠成熟。⑦其他：國(guó)產(chǎn)電主軸平均壽命較短，不超過(guò)900小時(shí)；關(guān)鍵零件的精密加工和裝配水平也有較大差距。1.結(jié)構(gòu)原理圖1.前軸承2.定子3.冷卻水套4.殼體5.出水管6.進(jìn)氣管7.主軸8.轉(zhuǎn)子9.進(jìn)水管10

6、.后軸承2.基本參數(shù)電主軸的型號(hào)（套筒直徑、最高轉(zhuǎn)速、輸出功率等）轉(zhuǎn)速n(p為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)2、4、6、8等)輸出功率P輸出轉(zhuǎn)矩M(最大轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)矩)Dmn值（反應(yīng)電動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速）剛度和精度恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速主軸在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)改變轉(zhuǎn)速時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩不變的調(diào)速方式。一般的磨削用電主軸及小型銑削用電主軸都為恒轉(zhuǎn)矩電主軸。恒功率調(diào)速在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)改變轉(zhuǎn)速時(shí)，輸出功率可保持不變的調(diào)速方式。一般在起步及低速段采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，而高速段采用恒功率調(diào)速，保證低速時(shí)有較大的輸出轉(zhuǎn)矩，滿足低速大進(jìn)給的切削要求。3.關(guān)鍵技術(shù)：高速軸承技術(shù)高速電機(jī)技術(shù)結(jié)構(gòu)說(shuō)明及油氣潤(rùn)滑冷卻裝置內(nèi)置脈沖編碼器自動(dòng)換刀裝置12高速

7、刀具的裝卡方式高頻變頻裝置一、軸承技術(shù)軸承技術(shù)是超高速主軸系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。采用較多的軸承形式有：1磁懸浮軸承、2動(dòng)靜壓軸承3和陶瓷球軸承。1.磁懸浮軸承優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械磨損小‘能耗低、噪音小、壽命長(zhǎng)、無(wú)需潤(rùn)滑、無(wú)油污染。而且磁懸浮軸承還是可控軸承，剛度和阻尼可調(diào)。缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴、控制系統(tǒng)復(fù)雜。發(fā)熱問(wèn)題不易解決。2.動(dòng)靜壓軸承優(yōu)點(diǎn)：綜合了動(dòng)壓軸承和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)的新型多油鍥油膜軸承，既避免了靜壓軸承告訴下發(fā)熱嚴(yán)重和供油系統(tǒng)龐