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国内高速电主轴的应用与发展

来源:本站原创发布人:管理员发布时间:2022-07-30 15:56

  我国高速电主轴的开发和出产现已近50年,国产电主轴现已许多配备在我国全主动轴承内外表磨床上。国内高档的高速加工中心主轴多为进口产品,我国开宣布产的加工中心电主轴,现已小批量配备国产机床。
  机床主轴是机床的中心功用部件,传统机床主轴是经过中心的传动装置,如皮带、齿轮等带动主轴旋转而进行作业的。电主轴(图1)又称内装式电机主轴单元,其主要特征是电机置于主轴内部,经过驱动电源直接驱动主轴进行作业。因为电主轴将机床主轴的高精度与高速电机的电磁功用有机地结合在一起,省去复杂的中心传动环节,具有调速范围广、振荡噪声小,便于操控,能完成准停、准速、准位等功用,不只拥有极高的出产功率,而且能显著地进步零件的外表质量和加工精度。在机械制作业不断向高速、高精度、高智能化开展的今天,高速高精度电主轴现已得到了广泛的运用。
  高速电主轴(图2)起源于内外表磨削职业,在以内外表磨加工为主导的轴承和轿车零部件制作业得到了广泛的运用。多年来,国内有关工程技能人员一直在持之以恒地尽力霸占技能难关,先后开宣布多代一系列用于内外表磨削的电主轴,转速从3000~240000r/min,功率从0.2kW~20kW。现在,国产电主轴现已许多配备了我国全主动轴承内外表磨床,使零件内外表磨削线速度由35M/S提升到75M/S,大大进步了出产功率,降低了产品成本,使我国成为一般轴承和轿车零部件的出产大国。近年来,跟着油气光滑技能、恒温冷却和陶瓷球轴承等新技能的开展,为高速电主轴技能水平的进步发明了有利条件,新一代电主轴朝着具有更大的功率、更高的速度和更高的刚性的方向快速开展。
  跟着我国制作业的快速开展,机床市场极为火爆。从2002年起,我国已连续3年保持了国际第一机床消费大国的位置,特别是数控机床,年增长率在30%以上。高速加工中心主轴作为数控机床的中心功用部件,也得到了长足的运用和开展。因为加工中心用电主轴(图3)涉及电主轴高速旋转、光滑技能、驱动操控、准停、准速、准位等机械与电气多方面技能,因而具有较大的技能难度,现在国内高档的高速加工中心主轴多为进口国外产品。我国也非常重视加工中心电主轴的开展,国家在“九五”和“十五”中,设立了科技攻关重点项目来开发研发加工中心用内装式电主轴。现在我国已开宣布产了转速从3000-120000r/min,最高转速到24000r/min,最大扭矩到达200N·m的加工中心电主轴,现已小批量配备国产机床。现在,加工中心电主轴正向低速大扭矩等方向开展,使电主轴在可以完成较高转速的一起,满足低速段有尽可能大的输出扭矩;以满足在同一台机床上进行低速重切削和高速精加工的要求。另外向快速起、停方向开展,以缩短辅佐时间,进步功率。
  国内电主轴现在还广泛用于小型模具加工和印制电路板加工职业。电主轴与数控铣、雕刻机、切割机及并联机床相配套,进行高速铣削和雕刻加工,适用于惯例零件、工模具、木工件的加工。特别是用于印制电路板(PCB)、油泵油嘴等职业的小孔进行高速钻削、铣削,可以钻削印刷电路板0.1~0.7mm小孔和铣削2~6mm长槽,已满足小孔和微孔的加工需求。现在,国内钻、铣电主轴最高转速已到达80000r/min(图4),支承方式有滚动轴承支承和滑动支承、而且具有主动松拉刀机构,可以完成快速换刀功用。因为国产电主轴具有价格便宜、保护便利和保护费用低等长处,现已广泛代替进口产品,许多配备国内机床,一起也促进了我国电路板制作业的开展。
  在高速离心机职业,电主轴广泛地用于离心分离、离心粉碎、离心雾化、离心干燥、离心实验等高速离心范畴。大大进步了离心速度,增强了离心效果,可进步离心物体的细化度和分离精度,进步了离心功率,广泛用于化工职业和食品加工职业,是新一代高速离心机的代替产品。
主轴
  在车加工职业,运用电主轴最高转速可到达12000r/min,而且在额外转速范围内可完成无级调速。高速车削用电主轴在加工中能取得高的加工精度和外表粗糙度,特别适用于铝、铜类有色金属零件的加工。电主轴安装在高速、高精度数控车上用宝石刀加工铝合金工件外表,粗糙度可小于0.1μm,在一些零件的加工中,可以省去磨削或抛光工序,大大进步了出产功率。
  在其他制作职业,如精细铜管加工职业,高速电主轴也得到了广泛的运用。精细铜管主要是用做空调、冰箱等的热交换器,为了节省铜材和添加散热面积,铜管往往被揉捏成内螺纹形,而揉捏内螺纹主要依靠高速旋辗用电主轴。曾经国内只要少量从日本和芬兰进口的高速旋辗用电主轴,价格非常昂贵,保护也不便利。我国从1997年开端开宣布产高速旋辗用电主轴(图5),已构成了比较完好的系列,现在现已根本占领了国内精细铜管加工职业。电主轴选用陶瓷球轴承支承,选用油气光滑,其最高转速可到达40000r/min,现在国内选用的转速一般为35000r/min,而国际其他先进国家运用的转速大多停留在24000r/min,出产功率远远低于咱们。我国高速旋辗用电主轴从无到有,到现在现已处于国际领先水平,我国的精细铜管加工职业也从比较落后到成为国际最大的精细铜管加工国,高速电主轴的运用和开展起到了非常重要的效果。现在,我国高速旋辗用电主轴凭借着价格低、技能先进、保护便利等长处,每年出产出售数百套,而且批量出口到国外。
  高速电主轴代替电动机和精细齿轮增速器组成的高速动力源来拖带实验机是高速电主轴的又一大用途。不论是在军用仍是民用范畴,高速电主轴已广泛用于高速深冷液氢轴承实验机、高速高温燃汽轮机点火装置实验机、高速卡盘实验机以及石油职业的高速密封件实验机。其实,高速电主轴不只仅运用于以上方面,在需求高速旋转的当地,都有可能运用电主轴。
  我国从1958年开端研发高速电主轴,特别是近20年来,高速电主轴得到了广泛的运用,从而促进了我国制作业的快速开展。但是,同国外高速电主轴先进制作厂商比较,咱们还有适当大的距离,我国高速电主轴的开发规划和出产还需求进一步的开展,现在的距离和开展方向主要在以下几个方面。
  首先,尽管我国高速电主轴的开发和出产现已有近50年,但一直没有一个一致的国家或职业标准。各个出产厂根据自己的需求开宣布产各自的电主轴,在电主轴系列、查验标准、命名办法乃至外形安装尺度上,各个厂家都不一样,运用户在选用时构成很大的不便,在数控机床电主轴方面,多数情况下,用户只能定做,交货期长,价格高,质量不稳定。现在,国家有关管理部门正在拟定相应的职业标准,这将有力地促进我国高速电主轴职业的开展。
  其次,因为我国基础工业比较薄弱,在资料和热处理方面有必定距离,特别是在主轴加工的要害工序、要害零件的制作技能也有必定距离。因为遭到机床的限制,许多零件在外表粗糙度、形位公差等方面不如国外先进水平。在高速电主轴电机所用原资料上,我国现在适当落后,参数方面与国外先进水平有必定距离。电主轴电机规划方面,同样外径尺度下,功率、功率相差较大。如德国KAVO公司主轴电机功率与国内电主轴电机比较,功率相差30~50%左右。因为高速电主轴大多选用轴承支承,在高速高精度轴承制作方面,咱们的距离更大。尽管我国现已可以出产高精度高转速的P4级角触摸轴承,但构成批量产品的厂家很少,轴承的精度和质量还不是很稳定。决议电主轴最高转速和刚性的目标主要是轴承的dmn值(轴承节圆直径与转速的乘积),国外现在现已到达了250万,而国内只能到达200万,与国外相差甚远。国外现在遍及选用陶瓷球轴承,而我国的陶瓷球轴承无论是产值仍是质量还都不稳定,这也限制着我国电主轴的开展,影响了我国电主轴的质量和寿命。在轴承光滑资料和技能方面,电主轴一般选用油脂、油雾和油气三种办法。高速光滑油脂一般选用以矿物油为基础的锂基脂,国内的研发还处很落后,一般都选用进口产品。油雾光滑电主轴在国内运用最为广泛,但因为对环境有必定的污染,国外已不再运用,而选用油气光滑,根据国外的开展趋势,国内油雾光滑电主轴也将会逐渐被筛选。油气光滑体系具有许多长处,但价格昂贵,国内出产点又少,技能目标也和国外相差甚远,一起对电主轴轴承运行时需求的实际供油量,咱们还处在摸索阶段,这也限制着电主轴技能的开展。因而,只要大力加强我国高速、高精度轴承及其相关技能的开展,才干使高速电主轴得到快速的开展。
  在电主轴的其他相关技能方面,咱们也存在不小的距离。高速加工中心电主轴我国尽管现已可以小批量出产,而且现已配备了一些国产机床。但加工中心电主轴需求选用闭环矢量操控变频器进行驱动,而我国开宣布的的闭环矢量操控变频器,功能还不稳定。如果选用国外的变频器,大多要选用国外的电机配套,咱们的电主轴就没有了自己的技能开展。加工中心电主轴所运用的磁性编码器国内不能出产,只能选用进口。我国尽管开宣布了最高转速24000r/min的中心电主轴,但轴端的HSK刀柄及其检具也有必要依靠进口。特别是国内还没有可以到达24000r/min的刀具,所以这种电主轴还得不到实际运用。国内数控加工中心的上位机根本上是西门子和发那科体系,因为技能保密,这些公司不供给通信协议。因而,国内开发的加工中心电主轴驱动体系只能供给模拟接口,不能供给数字接口,这愈加影响了加工中心电主轴在国内数控机床中的运用。只要加大相关技能的开展,国内高速电主轴才干得到相应的开展。
  跟着我国经济的快速开展,我国逐渐成为国际制作业的基地,制作业正朝着高速、高效、高精度和高智能化方向开展,高速电主轴的运用范围将越来越广泛。一起,加大高速电主轴开发技能和制作的开展,进步产品竞争,才干更好的促进我国制作业的开展,使我国真实成为国际制作业的中心。