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高性能機(jī)床軸承技術(shù)分析報告

機(jī)床主軸是機(jī)床的核心部件,其功能是帶動刀具(砂輪)或工件旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)高速精密加工。隨著現(xiàn)代工業(yè)對機(jī)床加工精度和加工效率要求的不斷提高,機(jī)床對主軸性能的要求也越來越高,傳統(tǒng)的高速主軸概念已難以充分描述機(jī)床主軸的技術(shù)內(nèi)涵。

  高性能機(jī)床主軸是指在滿足加工精度和加工效率的前提下,速度、精度、剛度、功率、轉(zhuǎn)矩匹配特性好,可靠性高,性能價格比高的機(jī)床主軸。


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  機(jī)床主軸按所采用的軸承類型可分為滾動軸承(角接觸球軸承、滾子軸承)、液體滑動軸承(動壓軸承、靜壓軸承、動靜壓軸承)、氣體軸承和磁懸浮軸承等,按照與電動機(jī)的連接方式可分為機(jī)械主軸和電主軸。
  電主軸是將機(jī)床主軸功能與電動機(jī)功能從結(jié)構(gòu)上融為一體的新型主軸部件,它省去了皮帶傳動或齒輪傳動環(huán)節(jié),具有速度高、精度高、調(diào)速范圍寬、振動噪聲小、可快速起動和準(zhǔn)停等優(yōu)點。用電主軸取代傳統(tǒng)機(jī)械主軸是機(jī)床工業(yè)發(fā)展的大趨勢。

  電主軸按照電動機(jī)的類型又可分為異步型電主軸和永磁同步型電主軸。

  從機(jī)床行業(yè)的客觀需求來看,角接觸球軸承電主軸、液體(動)靜壓軸承電主軸和氣體軸承電主軸既是市場開發(fā)的重點,也是學(xué)術(shù)研究的熱點。角接觸球軸承是最適宜高速化的滾動軸承,具有摩擦阻力小、功耗小、成本低、便于系列化和標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點,其極限轉(zhuǎn)速高、精度高、剛度高,在加工中心、數(shù)控銑床、車床、內(nèi)圓磨床和高速雕銑機(jī)中獲得了廣泛應(yīng)用,其主要技術(shù)難點在于提高精度壽命和可靠性。液體(動)靜壓主軸以液態(tài)“油膜”作為支撐,具有顯著的“誤差均化效應(yīng)”和阻尼減振性,回轉(zhuǎn)精度遠(yuǎn)高于滾動軸承式主軸,其剛度高,磨損小,壽命長,在精密超精密機(jī)床上獲得了廣泛應(yīng)用,其主要技術(shù)難點在于控制高速時主軸的溫升和熱變形。氣體軸承電主軸以“氣膜”作為支撐,回轉(zhuǎn)精度和極限轉(zhuǎn)速高于液體(動)靜壓電主軸和滾動軸承式電主軸,其熱穩(wěn)定性好,是超精密機(jī)床和印刷電路板(PCD)鉆床不可或缺的核心部件,其不足之處在于承載能力低,工藝要求高。

  磁懸浮軸承也是一類重要的主軸支撐方式,極限轉(zhuǎn)速高,運轉(zhuǎn)過程中無磨損,其技術(shù)難點在于如何提高動剛度和阻尼減振性能,在實現(xiàn)高速的同時保證高加工精度。磁懸浮主軸的核心研究內(nèi)容是機(jī)械系統(tǒng)特性和電磁特性的控制問題。

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