分析:國內(nèi)外高性能機床用軸承技術(shù)水平的差異
國內(nèi)現(xiàn)有水平:在加工中心和數(shù)控銑床電主軸方面,洛陽軸承研究所開發(fā)了油氣潤滑型加工中心電主軸苫馏,額定功率和最高轉(zhuǎn)速達(dá)22kW旅急、24000r/min;湖南大學(xué)研制的永磁同步型加工中心電主軸扰柠,額定功率35kW舟陆,最高轉(zhuǎn)速18000r/min,徑向圓跳動1.5μm耻矮,動平衡精度G0.4秦躯,配備HSK-A63刀柄,采用油氣潤滑和強制水冷方式裆装。沈陽建筑大學(xué)開發(fā)高速大功率陶瓷球軸承電主軸單元最高轉(zhuǎn)速達(dá)到30000r/min踱承,功率達(dá)20kW;研制開發(fā)的無內(nèi)圈式全陶瓷電主軸單元最高轉(zhuǎn)速達(dá)到30000r/min哨免,最大功率達(dá)到15kW茎活,回轉(zhuǎn)精度≤±1μm。在磨用電主軸方面琢唾,洛陽軸承研究所主軸產(chǎn)品Dmn值達(dá)到170~200萬mm·r/min载荔;軸承套圈磨用電主軸最大功率為達(dá)32kW(S6~60%),最高轉(zhuǎn)速為120000r/min采桃;高鐵軌道板磨用電主軸達(dá)150kW(S1~100%)懒熙,最高轉(zhuǎn)速2000r/min;工作壽命普遍在1500~2000h脂壁。
國際先進(jìn)技術(shù)水平:在加工中心和數(shù)控銑床電主軸方面囤乎,國際上油脂潤滑型加工中心用電主軸最高轉(zhuǎn)速為60000r/min靡黑,油氣潤滑型數(shù)控銑最高轉(zhuǎn)速為140000r/min,而大功率電主軸的功率可達(dá)80kW敢薄,轉(zhuǎn)速為10000r/min帽惠,其最大轉(zhuǎn)矩可達(dá)380N·m。在磨用電主軸方面艇线,國際主軸產(chǎn)品的軸承Dmn值高達(dá)240萬mm·r/min剧鹏,選用油氣潤滑方式,輸出功率普遍比上一代產(chǎn)品增加50%左右游鹿,其工作壽命亦普遍增長50%左右乃蔬。
國家數(shù)控機床重大專項技術(shù)目標(biāo):①額定功率和最高轉(zhuǎn)速為50kW、20000r/min(另兩款為30kW容且、30000r/min和10kW刁夺、40000r/min)。②具有軸承動態(tài)預(yù)緊調(diào)整功能亮隙。③平均無故障運行時間≥5000h途凫。④主軸回轉(zhuǎn)精度<1.0μm。⑤軸系統(tǒng)剛度≥300N·μm溢吻。⑥動平衡精度G0.4級维费。⑦恒功率>14。⑧轉(zhuǎn)速波動范圍0.04%以下促王。⑨C軸位置控制精度10″犀盟。⑩高分辨率編碼器接口最大可支持17位編碼器(131072脈沖/r)。11.具有兩種現(xiàn)場總線接口蝇狼。
2.液體(動)靜壓軸承電主軸領(lǐng)域
國內(nèi)現(xiàn)有水平:上海原創(chuàng)精密機床主軸有限公司研制的液體(動)靜壓電主軸阅畴,額定功率和最高轉(zhuǎn)速達(dá)到34kW、8500r/min迅耘,徑向跳動1μm贱枣。東方精益公司生產(chǎn)的液體(動)靜壓電主軸,額定功率/最高轉(zhuǎn)速達(dá)到17kW颤专、8000r/min纽哥,徑向跳動1μm,徑向剛度>500N·μm衙猾。湖南大學(xué)針對超高速外圓/凸輪軸磨床開發(fā)了電動機內(nèi)置式液體(動)靜壓電主軸柬激,額定功率和最高轉(zhuǎn)速達(dá)35kW、10000r/min斧与,徑向圓跳動1μm行忘;同時還針對高速內(nèi)圓磨床,開發(fā)了12kW照腐、30000r/min電動機內(nèi)裝式液體動靜壓電主軸鞋会。北京航空航天大學(xué)下屬的北京北航精密有限公司開發(fā)了系列(動)靜壓主軸產(chǎn)品担灭,額定功率和最高轉(zhuǎn)速達(dá)到7.5kW贿册、48000r/min填杀,回轉(zhuǎn)精度能達(dá)到0.5μm以內(nèi)。在內(nèi)圓磨(動)靜壓主軸方面睦忘,國內(nèi)已生產(chǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)20000r/min焦厘,主軸直徑28mm的主軸產(chǎn)品。目前國內(nèi)液體(動)靜壓主軸的回轉(zhuǎn)精度最高能達(dá)到0.1μm砖啄。
國際先進(jìn)水平:德國HYPOSTATIK公司開發(fā)的外圓磨電主軸绽脏,最高工作轉(zhuǎn)速為7600r/min,功率為50kW蒸甜,砂輪徑向剛度>320N·μm棠耕;凸輪磨凹面磨削主軸,轉(zhuǎn)速25000/35000r/min柠新,砂輪徑向剛度為120/60N·μm窍荧;銑削靜壓電主軸,最高工作轉(zhuǎn)速為42000r/min恨憎,功率為15kW蕊退,軸承剛度為200/160N·μm。英國CranfieldPrecision公司開發(fā)的液體靜壓主軸最高轉(zhuǎn)速為15000r/min憔恳,供油壓力為3.5MPa瓤荔,徑向/軸向剛度為200/440N·μm,回轉(zhuǎn)精度達(dá)0.1μm钥组。
3.氣體軸承電主軸領(lǐng)域
國內(nèi)現(xiàn)有水平:在PCB板高速鉆削用電主軸領(lǐng)域输硝,洛陽軸承研究所生產(chǎn)的氣靜壓電主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到90000r/min,用于鉆削φ0.3~φ0.7mm的小孔程梦,效率為190次/min腔丧,工作壽命為900h。廣州市昊志機電有限公司聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)開發(fā)成功的DQFZ-200型空氣軸承電主軸绵颅,轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min曹胚,已批量應(yīng)用于PCB鉆孔行業(yè)。該主軸采用空氣靜壓軸承和高性能永磁直流電動機忙体,能夠承受60N徑向載荷(軸端側(cè)推力)和170N的軸向載荷济谢,刀具夾持轉(zhuǎn)矩大于127N·cm,動態(tài)偏擺小于8μm怨级,最小鉆孔直徑可達(dá)0.05mm情腥。超精密機床氣體軸承電主軸領(lǐng)域:北京機床研究所開發(fā)的NAM-820,主軸轉(zhuǎn)速1000r/min钮核,徑向剛度150N·μm辰张,回轉(zhuǎn)精度0.05μm形负,性能指標(biāo)接近國際水平且已實現(xiàn)商品化;北京精密機械研究所研制的金剛石鏜床欢巡,采用了花崗巖制造的精密空氣軸承主軸瞒礼;哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的CNC超精密車床,加工直徑為300mm致驶,回轉(zhuǎn)精度達(dá)0.05μm芯勘。
國際先進(jìn)水平:在PCB板高速鉆削用電主軸領(lǐng)域,已大面積推廣應(yīng)用120000~180000r/min氣靜壓軸承支承的超高速電主軸腺逛,以加工φ0.1~φ0.15mm的小孔荷愕,其效率可達(dá)400次/min。Westwind公司的D1733棍矛,采用雙排小孔節(jié)流軸承結(jié)構(gòu)安疗,工作轉(zhuǎn)速可高達(dá)250000r/min,承載能力50N左右够委。超精密機床氣體軸承電主軸領(lǐng)域荐类,ABT公司生產(chǎn)的SP125,采用了半球軸承結(jié)構(gòu)慨绳,轉(zhuǎn)速6000r/min掉冶,承載力達(dá)到500N以上,徑向剛度為67N·μm脐雪,軸向剛度134N·μm厌小,回轉(zhuǎn)精度為0.05μm。美國Preitech公司生產(chǎn)的Nanoform700ultra战秋,主軸轉(zhuǎn)速50000r/min璧亚,軸向剛度69N·μm,徑向剛度23N·μm辟堡,回轉(zhuǎn)精度為0.05μm价岭;日本Toshiba公司生產(chǎn)的ABS-12,軸向和徑向剛度達(dá)到80N·μm触晃,回轉(zhuǎn)精度0.05μm冗吟;美國Moor公司2000年生產(chǎn)的五軸聯(lián)動500FG超精密機床,空氣軸承主軸轉(zhuǎn)速20~2000r/min皂计,主軸回轉(zhuǎn)誤差<0.025μm演侍。
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