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由于高速電主軸要實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn),以下幾個(gè)零部件質(zhì)量直接影響著高速電主軸的性能。在數(shù)控機(jī)床中常使用無(wú)滑環(huán)摩擦片式電磁離合器和牙嵌式電磁離合器。(1)轉(zhuǎn)軸是高速電主軸的主要回轉(zhuǎn)體。他的制造精度直接影響電主軸的精度。成品轉(zhuǎn)軸的形位公差尺寸精度要求很高,轉(zhuǎn)軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),由偏心質(zhì)量引起震動(dòng),嚴(yán)重影響其動(dòng)態(tài)性能,必須對(duì)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行嚴(yán)格動(dòng)平衡測(cè)試。部分安裝在轉(zhuǎn)軸上的零件也應(yīng)隨轉(zhuǎn)軸一起進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)試。(2)潤(rùn)滑系統(tǒng)采用良好的潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)高速電主軸性能有著重要的影響。典型的潤(rùn)滑方法是采用油霧潤(rùn)滑或氣油混合物潤(rùn)滑。前者主是把潤(rùn)滑油霧化在對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑,潤(rùn)滑油不可再回收,對(duì)空污染較嚴(yán)重。后者是直接把潤(rùn)滑油利用高壓空氣吹進(jìn)軸承,潤(rùn)滑作用的同時(shí)還起到散熱的作用(3)在理論計(jì)算和接觸疲勞試驗(yàn)和壓碎試驗(yàn)表明,混合式陶瓷軸承首先失效的是鋼圈而不是陶瓷球。由于前面三種軸承理論壽命均為無(wú)窮大,特別是磁懸浮軸承還具有自動(dòng)調(diào)節(jié)偏心等優(yōu)點(diǎn),在未來(lái)超高速機(jī)床市場(chǎng)上,隨著技術(shù)的發(fā)展,磁懸浮軸承應(yīng)是發(fā)展方向。而在一般的高速加工機(jī)床中,混合式陶瓷軸承或純陶瓷軸承也將具有廣泛的使用場(chǎng)合。
由于不平衡質(zhì)量是以主軸的轉(zhuǎn)速二次方影響主軸動(dòng)態(tài)性能的,所以主軸的轉(zhuǎn)速越高,主軸不平衡量引起的動(dòng)態(tài)問(wèn)題越嚴(yán)重。傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑方法,如油浴潤(rùn)滑法、油杯潤(rùn)滑法、飛濺潤(rùn)滑法、循環(huán)潤(rùn)滑法和油霧潤(rùn)滑法等已均不能滿足高速主軸軸承對(duì)潤(rùn)滑的要求,這是因?yàn)楦咚僦鬏S軸承不僅對(duì)油的粘度有嚴(yán)格要求,而且對(duì)供油量也有著嚴(yán)格要求。對(duì)于電主軸來(lái)說(shuō),由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子直接過(guò)盈固定在主軸上,增加了主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量,使主軸的極限頻率下降,因此超高速電主軸的動(dòng)平衡精度應(yīng)嚴(yán)格要求,一般應(yīng)達(dá)到G1 ~ G0. 4 級(jí)( G = eω,e 為質(zhì)量中心與回轉(zhuǎn)中心之間的位移,即偏心量; ω 為角速度) 。對(duì)于這種等級(jí)的動(dòng)平衡要求,采用常規(guī)的方法僅在裝配前對(duì)主軸的每個(gè)零件分別進(jìn)行動(dòng)平衡是不夠的,還需在裝配后進(jìn)行整體平衡,以確保主軸高速平穩(wěn)運(yùn)行。
內(nèi)圈由于離心力而產(chǎn)生膨脹,高速旋轉(zhuǎn)時(shí)。由于主軸電動(dòng)機(jī)兩端就是主軸軸承,電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱會(huì)直接降低軸承的工作精度,如果主電動(dòng)機(jī)的散熱解決得不好,將會(huì)影響到機(jī)床工作的可靠性和穩(wěn)定性。與滾動(dòng)體接觸應(yīng)力變大,使內(nèi)部預(yù)載荷增加、游隙變小、發(fā)熱增加。針對(duì)此問(wèn)題,開發(fā)出內(nèi)圈為不銹鋼的新型混合陶瓷球軸承。由于不銹鋼的線膨脹系數(shù)比軸承鋼小20%因而能進(jìn)一步控制軸承在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)因內(nèi)圈膨脹而造成的預(yù)載荷增加。潤(rùn)滑條件充沛,固定預(yù)載荷下dmN值可提高1.2倍。定位預(yù)載緊的情況下,近來(lái)有資料介紹。內(nèi)圈也使用陶瓷材料的混合型角接觸球軸承。因?yàn)閮?nèi)圈也使用陶瓷材料,軸承內(nèi)徑或滾道離心膨脹小,預(yù)緊的增加也較小,加之剛性好,球和滾道的接觸面積小,所以發(fā)熱和膨脹也較小,可以比僅球?yàn)樘沾傻妮S承達(dá)到更高轉(zhuǎn)速。但是正是由于高速旋轉(zhuǎn)時(shí)離心和膨脹小,與金屬制主軸之間的配合應(yīng)力如果過(guò)大就可能產(chǎn)生破壞甚至碎裂。