氣靜壓電主軸是一個(gè)功能部件,在國(guó)外已應(yīng)用于高速精密磨削,銑削湾盗、雕刻和難加工材料的微小孔鉆削及拋光等你辣。它是空氣靜壓軸承應(yīng)用的一個(gè)重要方面,涉及的行業(yè)范圍廣數(shù)量大眷细。美國(guó)POPE公司拦盹、英國(guó)WESTWIND公司、日本東芝公司及韓國(guó)三星公司等,已經(jīng)進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn),并已有系列產(chǎn)品供應(yīng)溪椎。

我國(guó)也有個(gè)別廠家生產(chǎn)氣靜壓電主軸,但是輸出功率小(小于1千瓦),而且承載力和剛性低普舆。因此,只適合于小孔的磨削及微小孔鉆削。滾珠軸承電主軸在我國(guó)市場(chǎng)上仍占據(jù)著統(tǒng)治地位校读。近年來(lái)廣州市鉅聯(lián)高速電主軸有限公司研制成功了一種大功率,高剛性的氣靜壓電主軸,已形成系列化,并已初步投入市場(chǎng)使用,取得良好效果速痹。

一、高剛性氣靜壓電主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理:

1．結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

氣靜壓電主軸是采用空氣靜壓軸承作主軸的支承,采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸,變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)子安裝在主軸上(因此稱作電主軸),電機(jī)的定子安裝在殼體內(nèi)捻尉∫纾空氣軸承采用“全支承”結(jié)構(gòu)與國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比,能成倍地提高軸系的承載和剛度。其結(jié)構(gòu)示圖如下:

高剛性氣靜壓軸承電主軸示意圖01前蓋02止推軸承03定位板04軸承05體殼06主軸07定子08水套09轉(zhuǎn)子

2．工作原理:

工作時(shí),來(lái)自管道經(jīng)過(guò)精密過(guò)濾的壓縮空氣進(jìn)入殼體的通道,再流入軸承的節(jié)流小孔候钟。然后流進(jìn)軸承與主軸之間的間隙,形成一層壓力氣膜,將主軸浮起拉狸。啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸,通過(guò)改變電源的頻率,使主軸以不同的速度旋轉(zhuǎn)。

二滤萝、剛度對(duì)比和分析:

十多年前,我國(guó)已經(jīng)有單位生產(chǎn)氣靜壓電主軸,但是由于承載低稿纺、剛性低,因此只能用于小孔的磨削和鉆削,使氣靜壓電主軸的應(yīng)用范圍受到很大的局限。滾珠軸承電主軸直至現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)仍占據(jù)著統(tǒng)治地位,而且還使人們?cè)谡J(rèn)識(shí)上還存在著這樣一個(gè)概念:氣靜壓電主軸的剛度低于滾珠軸承的剛度⊥肼模現(xiàn)在隨著高剛性氣靜壓電主軸先后在國(guó)外及國(guó)內(nèi)出現(xiàn),這種觀念應(yīng)該改變了谭驮。下面我們分別舉出規(guī)格和用途相似的兩種氣靜壓電主軸和滾珠軸承電主軸的剛度進(jìn)行對(duì)比:

品種空氣靜壓軸承電主軸滾珠軸承電主軸

生產(chǎn)廠英國(guó)WESTWIND公司德國(guó)FORTUNA公司

型號(hào)D1156D1150MS32.165LR36/25MS32.100LC51/6

轉(zhuǎn)速20000~30000rpm30000~50000rpm36000rpm51000rpm

剛度徑向=19kg/μm軸向=6.35kg/μm徑向=13.6kg/μm軸向=3.63kg/μm徑向=8.7kg/μm軸向=4.5kg/μm徑向=5.3kg/μm軸向=3.0kg/μm

從上表可以看出,當(dāng)今相似規(guī)格和用途的氣靜壓電主軸的徑向剛度和軸向剛度都比滾珠軸承的高。

我們也曾對(duì)國(guó)內(nèi)某廠生產(chǎn)的M131W的高精度的滾珠軸承內(nèi)圓磨具的徑向剛度進(jìn)行測(cè)試,在主軸伸出端30毫米處吊重100N,主軸向下位移3~4微米勾萌。

我們對(duì)本公司生產(chǎn)的KG25型(額定轉(zhuǎn)速25000轉(zhuǎn)/分)高剛度氣靜壓電主軸作同樣加載試驗(yàn),加載100N主軸向下位移小于1μm齐秕。其剛度不僅比M131W滾珠軸承內(nèi)圓磨具的徑向剛度高,而且比上述德國(guó)FORTUNA公司生產(chǎn)的滾珠軸承電主軸的徑向剛度也高。

滾珠軸承由于其元件內(nèi)部有游隙,而且實(shí)際上是一個(gè)彈性體,它受力以后的剛度不是常數(shù)仙蛉。受力從零開(kāi)始,由于力的作用,逐步消除游隙并產(chǎn)生變形,使剛度逐漸增加笋敞。當(dāng)軸承受力逐漸增加,至使元件產(chǎn)生完全剛性接觸,至沒(méi)有位移時(shí),剛性從零達(dá)到極大值,但是后面一段剛性是沒(méi)有實(shí)用價(jià)值的。為了進(jìn)行比較,我們?nèi)∫欢尉哂袑?shí)用意義的剛度值,此段軸承受力從零開(kāi)始至切削規(guī)范允許的最大受力段,作者稱此剛度為初始剛度,我們只是認(rèn)為氣靜壓電主軸的剛度大于滾珠軸承電主軸的初始剛度荠瘪。滾珠軸承電主軸在選取規(guī)范的切削參數(shù)進(jìn)行加工的情況下,主軸受力是比較小的,它的初始剛度是比較小的,如上表所述,滾珠軸承電主軸的剛度要低于氣靜壓電主軸的剛度夯巷。

因此,可以推論,在高速精密加工的范圍內(nèi),從剛性的角度看,氣靜壓電主軸的應(yīng)用可以遍及現(xiàn)在滾珠軸承電主軸的應(yīng)用領(lǐng)域,甚至可以基本取代后者,而且會(huì)得到更好的效果。

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