電主軸與高速加工技術(shù)

發(fā)布日期:2012-08-29    蘭生客服中心    瀏覽:3415

編者按:在CCMT2002(中國數(shù)控機(jī)床展覽會)本刊記者采訪了參展的瑞士IBAG公司中國代表處首席代表邵傳偉先生和IBAG公司工程師Walter Paiha先生。IBAG在電主軸領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先,現(xiàn)將其在展會期間技術(shù)交流講座的主要內(nèi)容介紹如下。IBAG電主軸將在CIMT2003瑞士館展出。

一、高速加工技術(shù)


高速加工技術(shù)(HSC)能使我們以盡量短的時(shí)間加工出質(zhì)量合格的零件,提高一個(gè)企業(yè)的市場反應(yīng)能力。下面幾個(gè)行業(yè)極大推動了高速加工技術(shù)的發(fā)展。首先是電子行業(yè),例如計(jì)算機(jī)、移動通訊、CD播放機(jī)、隨身聽等,這些大批量產(chǎn)品在市場上競爭激烈,生產(chǎn)商必須不斷推出新產(chǎn)品,而且所要求的更新?lián)Q代時(shí)間也越來越短。因此快速模具制造就變得載來越重要,模具制造商就用HSC技術(shù)來更快地加工紫銅或石墨電極,大大提高了交貨的周期。同時(shí)高速切削在另兩個(gè)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用,那就是航空與高速機(jī)車行業(yè)。飛機(jī)的骨架與機(jī)翼、高速機(jī)車的車廂骨架都需要切除大量的金屬,從毛坯開始的切除量甚至達(dá)到90%,漫長的加工時(shí)間使經(jīng)營者難以忍受,所以這兩個(gè)行業(yè)欣然接受了高速切削這項(xiàng)新技術(shù),使得加工時(shí)間縮短到了原來的幾分之一。

采用電主軸的高速加工技術(shù)是目前機(jī)床行業(yè)非常熱門的一個(gè)話題,但對于還不太熟悉這個(gè)領(lǐng)域的我國的用戶來說,高速加工到底是什么,有什么優(yōu)勢呢?這里我們用表1最簡單有了的數(shù)據(jù)讓大家對高速加工有個(gè)概念性的了解,然后我們再介紹一些電主軸方面的知識,以及在電主軸方面技術(shù)領(lǐng)先的瑞士IBAG公司的產(chǎn)品特色,以便讓大家了解目前電主軸的最新技術(shù)與發(fā)展趨勢。

高速加工的幾個(gè)優(yōu)勢:


加工時(shí)間大幅度縮短,只有原來的約1/4,這意味著一臺HSC高速機(jī)床可以代替4臺普通CNC機(jī)床;

加工表面質(zhì)量很高,不用再進(jìn)行比如打磨等表面處理工序;

零件重復(fù)性好,這很利于模具行業(yè)電極的制造;

零件變形小,基本不產(chǎn)生熱量,可以加工很薄的零件;

高速機(jī)床的投資可以很快收回,可以縮短交貨期,減小車間占地面積,減少工人數(shù)量。


高速加工采用小直徑刀具、小切深、小切寬、快速多次走刀來提高效率,而傳統(tǒng)的加工一般采用大直徑刀具、大切深、大切寬;高速加工的切削力大幅度減小,需要的主軸扭矩相應(yīng)減小。

高速加工不僅僅用于加工一些比較軟的材料如鋁、銅、塑料等,現(xiàn)在已經(jīng)可以用于加工硬度在60HRC以上的淬硬鋼,這要?dú)w功于刀具商開發(fā)出了像TiA1N這樣的新的刀具涂層,以及像CBN這樣的新的刀具材料,目前加工淬硬鋼的線速度也達(dá)到了500m/min,使鋼材料的加工也開始采用高速切削。模具制造商因此也越來越多地采用高速加工技術(shù)來加工三維的鋼零件。

二、電主軸知識簡介


電主軸是最近幾年在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù),它與直線電機(jī)技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起,將會把高速加工推向一個(gè)新時(shí)代。電主軸是一套組件,它包括電主軸本身及其附件:電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置等。

電主軸所融合的技術(shù):


高速軸承技術(shù):電主軸通常采用復(fù)合陶瓷軸承,耐磨耐熱,壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍;有時(shí)也采用電磁懸浮軸承,或靜壓軸承,內(nèi)外圈不接觸,理論上壽命無限長。

高速電機(jī)技術(shù):電主軸是電機(jī)與主軸融合在一起的產(chǎn)物,電機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分,理論上可以把電主軸看作一臺高速電機(jī),其關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動平衡。

潤滑:電主軸的潤滑一般采用定時(shí)定量油氣潤滑;也可以采用脂潤滑,但相應(yīng)的速度要打折扣。

所謂定時(shí),就是每隔一定的時(shí)間間隔注一次油,所謂定量,就是通過一個(gè)叫做定量閥的器件,精確地控制每次潤滑油的注油量。

而油氣潤滑,指的是潤滑油在壓縮空氣的攜帶下,被吹入陶瓷軸承。油量控制很重要,太少,起不到潤滑作用;太多,在軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會因油的阻力而發(fā)熱。

冷卻裝置:為了盡快給高速運(yùn)行的電主軸散熱,通常對電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑,冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。

內(nèi)置脈沖編碼器:為了實(shí)現(xiàn)自動換刀以及剛性攻絲,電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器,以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相位控制以及與進(jìn)給的配合。

自動換刀裝置:為了適用于加工中心,電主軸配備了能進(jìn)行自動換刀的裝置,包括碟形簧、拉刀油缸。

高速刀具的裝卡方式:廣為熟悉的BT、ISO刀具,已被實(shí)踐證明不適合于高速加工。這種情況下出現(xiàn)了HSK、SKI等高速刀柄。

高頻變頻裝置:要實(shí)現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速,必須用高頻變頻裝置來驅(qū)動電主軸的內(nèi)置高速電機(jī),變頻器的輸出頻率甚至需要達(dá)到幾千Hz。


三、電主軸產(chǎn)品的最新技術(shù)與發(fā)展趨勢


瑞士IBAG公司在電主軸行業(yè)技術(shù)領(lǐng)先,公司成立于1941年,生產(chǎn)慢慢主軸已經(jīng)有30年的歷史了。現(xiàn)在就以這個(gè)公司的產(chǎn)品為例,讓大家了解一下電主軸的最新技術(shù)與發(fā)展趨勢。

  電主軸最早是用在磨床上,后來才發(fā)展到加工中心。瑞士強(qiáng)大的精密機(jī)械工業(yè)(例如的表工業(yè))不斷提出要求,早在20年前高速切削就在瑞士變是越來直流行,使電主軸的功率和品質(zhì)都不斷得到提高。IBAG公司提供幾乎任何轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、尺寸的電主軸,產(chǎn)品范圍很寬,其電主軸最大轉(zhuǎn)速可達(dá)140000r/min,直徑范圍33~300mm,功率范圍125W~80kW,扭矩范圍0.02~300Nm。用戶可能提出自己希望的功率、扭矩曲線,還可以為用戶做特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

IBAG電主軸特色


IBAG提供全套的電主軸系統(tǒng),包括:電主軸、矢量變頻驅(qū)動、油氣潤滑裝置、冷卻裝置、管路、電纜、刀具等。

IBAG電主軸產(chǎn)品種為非常齊全,共有15類60幾個(gè)型號的電主軸產(chǎn)品。無論用戶要求的是高速度、大扭矩還是大功率,IBAG的產(chǎn)品總有一款能滿足您的要求。目前為止,IBAG電主軸的最高速度是140000r/min,最大額定扭矩是300Nm,最大功率80kW。

軸承:IBAG電主軸采用復(fù)合陶瓷軸承、靜壓軸承,及電磁軸承,根據(jù)用戶要求,也可以采用鋼軸承?梢酝ㄟ^液壓壓力來改變軸承的預(yù)緊力,以適應(yīng)不同的切削狀態(tài)。

潤滑:IBAG軸承的潤滑方式有油氣潤滑和脂潤滑兩種方式,用戶可以任選其一。IBAG的直接潤滑技術(shù),讓潤滑油通過軸承外圈上的小孔直接達(dá)到滾珠,這種潤滑方式可以使相同規(guī)格的軸承工作在更高的極限轉(zhuǎn)速,而且消耗的潤滑油量更少。

氣封:電主軸的前端采用氣封,保證灰塵、冷卻液等不進(jìn)入主軸軸承。

主軸軸向尺寸動態(tài)補(bǔ)償:在位置精度要求極高的情況下,IBAG可以在電主軸上提供一檢測元件來檢測電主軸的同向尺寸變化,尺寸的變化量被轉(zhuǎn)化1V/10μm的模擬信號,送到數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)的尺寸閉環(huán)補(bǔ)償。

刀機(jī)接口:IBAG提供HSK、SKI、CAPTO、BT刀具接口,用戶可以任選一種。

主軸中心冷卻:IBAG提供主軸中心冷卻選項(xiàng),30000r/min之內(nèi)都可以采用刀具內(nèi)冷,冷卻液壓力可達(dá)80bar(8MPa)。

抓刀方式:IBAG電主軸采用液壓抓刀,采用機(jī)床本身的液壓系統(tǒng)即可;若機(jī)床沒有液壓系統(tǒng),IBAG提供的氣液轉(zhuǎn)換裝置可以將壓縮空氣的壓力轉(zhuǎn)換為液壓壓力送到主軸。

與數(shù)控系統(tǒng)的接口:IBAG電主軸系統(tǒng)既提供數(shù)字接口,也提供模擬接口,與任何數(shù)控系統(tǒng)匹配都沒有問題。內(nèi)置編碼器輸出正弦脈沖。

主軸驅(qū)動:IBAG提供性能優(yōu)異的主軸矢量驅(qū)動裝置,但考慮用戶的方便,也可選擇Siemens,F(xiàn)anuc,Indramat或是其它品牌的主軸驅(qū)動裝置。


現(xiàn)在的機(jī)械加工工藝要求的主軸轉(zhuǎn)速越來越高,高轉(zhuǎn)速也越來越成為衡量一個(gè)產(chǎn)品水平的標(biāo)志,成為商家競爭的焦點(diǎn),誰先采用了更高轉(zhuǎn)速的主軸,誰便在激烈的競爭中擁有了一張硬牌。趨勢就是:以專業(yè)廠家生產(chǎn)的高質(zhì)量的電主軸取代各機(jī)床廠家自己生產(chǎn)的傳統(tǒng)主軸,電主軸將會像直線導(dǎo)軌一樣成為機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)部件。我國濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司、常州多棱數(shù)控機(jī)床股份有限公司、寧江機(jī)床(集團(tuán))股份有限公司、秦川機(jī)床集團(tuán)有限公司、東風(fēng)設(shè)備制造廠、湖南大學(xué)海捷制造公司、東莞科挺自動化公司、昆山G01模具工具制造公司等都已在其產(chǎn)品上采用了IBAG公司的電主軸,其中有些產(chǎn)品將在CIMT2003展出。

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