國內外高性能機床軸承技術水平差異分析
1.角接觸球軸承電主軸領域
國內現(xiàn)有水平:在加工中心和數(shù)控銑床電主軸方面汹族,洛陽軸承研究所開發(fā)了油氣潤滑型加工中心電主軸,額定功率和最高轉速達22kW、24000r/min奇搪;湖南大學研制的永磁同步型加工中心電主軸,額定功率35kW遗酷,最高轉速18000r/min住龙,徑向圓跳動1.5μm,動平衡精度G0.4笛驴,配備HSK-A63刀柄监征,采用油氣潤滑和強制水冷方式。沈陽建筑大學開發(fā)高速大功率陶瓷球軸承電主軸單元最高轉速達到30000r/min饵逐,功率達20kW括眠;研制開發(fā)的無內圈式全陶瓷電主軸單元最高轉速達到30000r/min,最大功率達到15kW倍权,回轉精度≤±1μm掷豺。在磨用電主軸方面,洛陽軸承研究所主軸產(chǎn)品Dmn值達到170~200萬mm·r/min薄声;軸承套圈磨用電主軸最大功率為達32kW(S6~60%)当船,最高轉速為120000r/min;高鐵軌道板磨用電主軸達150kW(S1~100%)奸柬,最高轉速2000r/min生年;工作壽命普遍在1500~2000h。
國際先進技術水平:在加工中心和數(shù)控銑床電主軸方面廓奕,國際上油脂潤滑型加工中心用電主軸最高轉速為60000r/min抱婉,油氣潤滑型數(shù)控銑最高轉速為140000r/min,而大功率電主軸的功率可達80kW桌粉,轉速為10000r/min蒸绩,其最大轉矩可達380N·m衙四。在磨用電主軸方面,國際主軸產(chǎn)品的軸承Dmn值高達240萬mm·r/min独溯,選用油氣潤滑方式凹毛,輸出功率普遍比上一代產(chǎn)品增加50%左右,其工作壽命亦普遍增長50%左右葬爽。
國家數(shù)控機床重大專項技術目標:①額定功率和最高轉速為50kW鸳岩、20000r/min(另兩款為30kW、30000r/min和10kW嘱董、40000r/min)听番。②具有軸承動態(tài)預緊調整功能。③平均無故障運行時間≥5000h图兑。④主軸回轉精度<1.0μm核看。⑤軸系統(tǒng)剛度≥300N·μm。⑥動平衡精度G0.4級蔫卦。⑦恒功率>14券豺。⑧轉速波動范圍0.04%以下。⑨C軸位置控制精度10″桨座。⑩高分辨率編碼器接口最大可支持17位編碼器(131072脈沖/r)读黑。11.具有兩種現(xiàn)場總線接口。
2.液體(動)靜壓軸承電主軸領域
國內現(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)靜壓電主軸到旦,額定功率和最高轉速達到34kW旨巷、8500r/min,徑向跳動1μm添忘。東方精益公司生產(chǎn)的液體(動)靜壓電主軸采呐,額定功率/最高轉速達到17kW、8000r/min搁骑,徑向跳動1μm斧吐,徑向剛度>500N·μm。湖南大學針對超高速外圓/凸輪軸磨床開發(fā)了電動機內置式液體(動)靜壓電主軸仲器,額定功率和最高轉速達35kW煤率、10000r/min,徑向圓跳動1μm乏冀;同時還針對高速內圓磨床蝶糯,開發(fā)了12kW、30000r/min電動機內裝式液體動靜壓電主軸辆沦。北京航空航天大學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)品昼捍,額定功率和最高轉速達到7.5kW、48000r/min丛滋,回轉精度能達到0.5μm以內央匀。在內圓磨(動)靜壓主軸方面温辉,國內已生產(chǎn)轉速達20000r/min,主軸直徑28mm的主軸產(chǎn)品试著。目前國內液體(動)靜壓主軸的回轉精度最高能達到0.1μm亡铺。
國際先進水平:德國HYPOSTATIK公司開發(fā)的外圓磨電主軸,最高工作轉速為7600r/min橱柒,功率為50kW厕猴,砂輪徑向剛度>320N·μm;凸輪磨凹面磨削主軸砍毡,轉速25000/35000r/min十旗,砂輪徑向剛度為120/60N·μm仲峡;銑削靜壓電主軸聂袱,最高工作轉速為42000r/min,功率為15kW酵逾,軸承剛度為200/160N·μm欠捶。英國CranfieldPrecision公司開發(fā)的液體靜壓主軸最高轉速為15000r/min,供油壓力為3.5MPa尝盼,徑向/軸向剛度為200/440N·μm吞滞,回轉精度達0.1μm。
3.氣體軸承電主軸領域
國內現(xiàn)有水平:在PCB板高速鉆削用電主軸領域盾沫,洛陽軸承研究所生產(chǎn)的氣靜壓電主軸轉速達到90000r/min裁赠,用于鉆削φ0.3~φ0.7mm的小孔,效率為190次/min赴精,工作壽命為900h佩捞。廣州市昊志機電有限公司聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學開發(fā)成功的DQFZ-200型空氣軸承電主軸,轉速達200000r/min蕾哟,已批量應用于PCB鉆孔行業(yè)一忱。該主軸采用空氣靜壓軸承和高性能永磁直流電動機,能夠承受60N徑向載荷(軸端側推力)和170N的軸向載荷谭确,刀具夾持轉矩大于127N·cm帘营,動態(tài)偏擺小于8μm,最小鉆孔直徑可達0.05mm逐哈。超精密機床氣體軸承電主軸領域:北京機床研究所開發(fā)的NAM-820芬迄,主軸轉速1000r/min,徑向剛度150N·μm蒙玩,回轉精度0.05μm瘤贷,性能指標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治弯,采用了花崗巖制造的精密空氣軸承主軸灼鞋;哈爾濱工業(yè)大學研制的CNC超精密車床桨拉,加工直徑為300mm,回轉精度達0.05μm孙悦。
國際先進水平:在PCB板高速鉆削用電主軸領域涎捆,已大面積推廣應用120000~180000r/min氣靜壓軸承支承的超高速電主軸,以加工φ0.1~φ0.15mm的小孔疤巩,其效率可達400次/min灯葡。Westwind公司的D1733,采用雙排小孔節(jié)流軸承結構狮屏,工作轉速可高達250000r/min结阅,承載能力50N左右。超精密機床氣體軸承電主軸領域瞎嬉,ABT公司生產(chǎn)的SP125蝎毡,采用了半球軸承結構,轉速6000r/min氧枣,承載力達到500N以上沐兵,徑向剛度為67N·μm,軸向剛度134N·μm便监,回轉精度為0.05μm扎谎。美國Preitech公司生產(chǎn)的Nanoform700ultra,主軸轉速50000r/min烧董,軸向剛度69N·μm毁靶,徑向剛度23N·μm,回轉精度為0.05μm逊移;日本Toshiba公司生產(chǎn)的ABS-12预吆,軸向和徑向剛度達到80N·μm,回轉精度0.05μm螟左;美國Moor公司2000年生產(chǎn)的五軸聯(lián)動500FG超精密機床啡浊,空氣軸承主軸轉速20~2000r/min,主軸回轉誤差<0.025μm胶背。
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