电主轴:数控机床的核心部件

阿奇夏米尔国际贸易(天津)有限公司米克朗产品经理马艳娣女士

阿奇夏米尔国际贸易(天津)有限公司米克朗产品经理马艳娣女士开发长寿命电主轴高速电主轴在高速加工中起着至关重要的作用,其制造精度和加工性能直接影响到零件的加工质量。有过高速加工经验的人都知道,不合理的使用和维护则会加剧电主轴的磨损,使得电主轴的加工精度降低,使用寿命缩短。高速加工中不合理的刀具选择、不合理的切削参数设置都将造成主轴动不平衡量的增加,产生主轴振动,严重影响主轴寿命和加工精度。这个问题普遍存在于目前的高速加工应用中。许多用户买了高速机床,却不敢真正的应用高速,而盲目地降低转速却又更加剧了主轴的损坏。怎样才能把主轴的负荷情况实时地反映给机床的操作和工艺编程人员,从而制定出最合适的工艺路线和切削参数呢？这是对高速主轴生产厂家提出的一个很现实的课题。 瑞士米克朗公司凭借多年的电主轴制造和铣削应用经验,开发了APS高级工艺控制系统。米克朗在电主轴中增加了振动监测模块,它将实时地记录每一个程序语句在加工时主轴的振动量,并将数据传输给数控系统,工艺人员可通过数控系统显示的实时的振动变化来了解每个程序段中所给出的切削参数的合理性,从而可以有针对性地优化加工程序。

对用户而言,电主轴的寿命是他们采用高速铣削技术的最大顾虑。而采用了APS高级工艺控制系统的电主轴,不仅为提高加工工艺的合理性提供了最直接的参考依据,同时对提高电主轴的使用寿命有着极大的意义。米克朗自从采用了APS技术后,将其电主轴的保修时间从2000工作小时延长到了4000工作小时,给客户带来了极大的实惠,也为机床的销售注入了更大的活力。高速 高精度 低噪声高速主轴系统,历来就是数控机床高新技术之一。随着工业技术的不断发展,多数机械制造设备在不断地向高速、高精度、高效率、高智能化领域发展。高速主轴系统是最能适应上述高性能工况的数控机床核心部件。 内装式主轴系统把主轴与电机有机地结合在一起。经驱动控制器供电,使之输出相应的转速和扭矩,在编码系统控制下,使驱动器对主轴实施闭环伺服驱动。从而实现准速、准停、准位。 内装式主轴单元具有高速、高精度、振动小、噪声低,以及经变频电源供电可实现无级变速,便于实现智能化控制等特点。在金属切削机床领域有着广阔的天地。

在磨削加工行业中,尤其是在高速内圆磨领域内,高速电主轴的应用更为广泛。自1958年开始,经过4次大的改动,我国磨削用电主轴已接近甚至部分达到国际先进水平,有效地挡住了绝大部分进口产品。 在高速车制有色金属或车制表面粗糙度要求较高的工件时,皮带拖动的机械轴系已不能胜任要求。必须开发新的内装式高速电主轴。利用其高速运转的平稳性、小振动等特点来完成加工任务。车床用电主轴的开发,使上述技术难题迎刃而解。 加工中心需要主轴系统能适应定向、定位等要求,同时要求主轴具备低速大扭矩等特性。高速加工中心用电主轴与编码系统相配,采用闭环式驱动器拖动能满足上述需求。我国自1998年开始研制加工中心用电主轴。经8年努力,加工中心用电主轴已成系列问世。其最大扭矩可达200Nm,最高转速可达24000r/min,其支承分别选用高精度角接触钢球轴承或陶瓷球轴承,其润滑可分为油脂和油气型两种,基本能满足国内金属切削加工中心的需求。

当前,影响我国机床主轴系统进一步发展的主要焦点有如下三点: 首先,我国高精度主轴轴承质量尚不甚稳定。为此,希望轴承行业能进一步提高高速主轴轴承的质量稳定性,使国内高性能主轴系统能广泛选用国内品牌产品,从而有效地降低主轴系统成本。 其次,目前国内高速润滑油脂还不能适应主轴系统的高速发展。据日本NSK介绍,该公司的高速润滑油脂能使轴承适应DmN=200万转·mm/min,而国内只能达到140万转·mm/min,这里的差距太大了。 最后,国内从事驱动控制器及磁性编码器开发的单位偏少,水平也略低。以至于电主轴单元生产的配套选择性余地偏低,有的甚至功能不齐全,难已适应用户的全面要求。建议能着重强化一下这些配套单位,使之进一步生产出能适应市场需求的合格产品。人性化和智能化随着当前工业科技的发展和用户需求的提升,对机床及各种机械设备的性能要求越来越高,用户希望高效率、更灵活、超智能化的产品。高速、高频电主轴正是实现这一目标的重要方面。 现代高速、高频电主轴的发展方向是自我监测,使电主轴更具有人性化和智能化。未来工业发展的方向是高效、灵活及高智能。高效就是指速度高和最小的停机时间,灵活指的是产品能适应更多的工作环境和条件,高智能指的是产品对于自身的状态和环境状态发出提示和预警,譬如报警及监控功能等。 针对这些客观要求,瑞士IBAG公司以追求高效率、高灵活和超智能化为目标,开发了20大类50多个品种的电主轴,这些电主轴从产品的结构上进行了革新,采用了先进的技术。

从机械方面来说,复合陶瓷轴承的使用同时配合使用灵敏的和先进的冷却系统,使得主轴的高速和寿命更长,同时保证了停机时间的缩短；油气润滑系统可以使用很少的油量就可以使轴承做到充分润滑,大量地减少了润滑油的使用量；工件冷却方式采用两种外部冷却和刀具中心水冷却,可以使主轴使用更为灵活,保证了各种工件加工的需求；内置电机采用先进的结构,使得电机的体积缩小的同时保证了充足扭矩和功率,这样保证了用户的使用条件的拓宽。 从电气方面来讲,我们产品采用了内置传感器,这种技术使电主轴增加了很多的反馈、报警功能,如电机的温度控制、轴承的温度控制、轴承/芯轴的振动检测、主轴升温位移控制及自动换刀等。作为高端的选项的承载和振动一体传感器,可以监控切削参数,如轴向和径向承载或碰撞,因而更容易地调整切削参数,同时非常容易和控制系统直接连接。轴向位移传感器,更容易的控制由于温度变化导致的精度变化。内置温度传感器可以使主轴和主轴轴承的温度迅速告知控制系统,对于主轴的温度变化更容易的监视和控制。内置不同的温度传感器可以使电主轴更容易地适应各种控制系统,使得产品的使用更为灵活。内置传感器技术是采用高速切削新战略的最为优化的解决方案。

瑞士IBAG公司的电主轴产品,集各种先进的机械/电气先进技术于一体,并依托欧洲、美国、中国大连的合资企业——大连伊贝格主轴技术有限公司等全球销售、服务网络,是您解决高速切削,提高生产效率的信赖伙伴!电主轴用精密轴承利用常规机械的标准轴承并不总是能够为应用设计和问题找到适当的解决方案,而机床行业尤其如此。 作为世界著名的滚动轴承供应商,SKF公司已经开发了多种适用于机床主轴和对于精度和速度有高要求的其他应用的精密轴承。这些轴承中的每一种都具有独特的特性,每一种都特别适合其具体应用。这些轴承的内部设计非常先进,在许多方面都与标准轴承不同,通过设计优化,实现了极佳的加速能力与最高刚度的结合。在设计轴承配置时需要考虑多种因素,如精度、可用空间、负荷、系统需求刚度、适当轴向位移、速度、发热量等问题。在一些对于精度和生产率有极高要求的应用场合,SKF还提供了一系列用于机床主轴的混合陶瓷(即带钢圈和陶瓷滚动体的轴承)精密角接触球轴承和圆柱滚子轴承。 SNFA作为世界著名的航空发动机和机床主轴精密轴承供应商,在2006年,SKF 完成了对SNFA公司的收购工作,扩展了其机床主轴轴承产品的供应能力,能够更好地为机床行业提供服务。 合理使用及维护机床主轴系统作为机床的核心功能部件之一,用于对金属铸件等产品进行一系列切削操作,获得符合技术要求的最终形状。

随着技术的发展,目前大量出现的机床内装式电主轴单元将电机和高精度主轴结合在一起,使主轴单元在高速、高效、高精度加工领域发挥了更核心的作用。作为机床的核心功能部件,在使用过程中,应当特别注意它的维护与保养,严格按照机床厂商的说明使用主轴,注意主轴的清洁,润滑,有计划地检测主轴的运转精度、振动、温度等参数。如发现问题,应该及时维修。在维修过程中,轴承的配置、装配的流程、轴承轴颈状态、操作温度、锁紧压力、预压等级、润滑效果以及粉尘和污染等都会影响主轴的性能。 在中国对机床主轴系统,尤其在电主轴单元开展高质量的专业性维修服务的机构一直比较缺乏, SKF主轴服务中心希望能帮助机床用户解决设备维护问题,保证生产线的无忧运转。在中国本地开展高质量的高效率的机床主轴维修服务,同时也为客户带来了时间和物流上的便捷,给机床用户带来了良好的综合效益。

SKF主轴服务网络由遍布于世界各地的17家服务中心组成,充分实现了各种资源共享,已为20000多根主轴系统提供相关服务,涉及世界各国250多种品牌的机床及机床主轴,几乎囊括了所有著名品牌的机床或者主轴系统。因为面向任何品牌、任何结构形式的主轴,而机床用户现场往往有不同品牌不同结构形式的机床主轴,会产生不同的问题,SKF能够为机床主轴提供全面的维修、维护、调试、升级及现场指导、安装等一站式服务内容,可以承揽相关的所有工作。当一套主轴到达SKF主轴服务中心时,将经过一系列检查、操作和控制流程；拆解、故障和原因分析、转动组件的动平衡、损坏组件的更换或整修、组装、完成测试并在装运前进行最终的检查。如有必要,可提出修改并优化主轴设计的建议。最后,还会出具一份相应的维修产品分析报告,使客户对故障原因和解决之道或注意事宜一目了然。 SKF主轴服务中心非常愿意与广大的机床用户,机床制造商或代理商,机床服务公司开展长期的合作,提供高端的主轴服务,解决机床使用中主轴的相关问题。

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