潘宇倩

(廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院機(jī)械工程系,廣西 柳州 545616)

電主軸式數(shù)控磨床性能參數(shù)的匹配及運(yùn)用

潘宇倩

(廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院機(jī)械工程系,廣西 柳州 545616)

傳統(tǒng)磨床一般是由高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過皮帶輪或者同步帶輪的方式傳遞動力到主軸上,從而實(shí)現(xiàn)磨削加工,但這種加工方式對于零件的互換性無法保證.基于此考慮,本文主要對電主軸式數(shù)控磨床進(jìn)行研究及匹配,并通過對產(chǎn)品進(jìn)行加工驗(yàn)證,其加工質(zhì)量、效率、工藝、成本上均有較好的效果.

數(shù)控;電主軸;磨削;砂輪

1 電主軸在數(shù)控磨床技術(shù)中實(shí)際應(yīng)用的背景

傳統(tǒng)量具生產(chǎn)中,卡尺的大小量面都是最后通過人工研磨來保證其最后的精度,且因?yàn)閭鹘y(tǒng)的加工設(shè)備和工藝的局限性,每一把卡尺的單件尺寸都是唯一的,無法保證產(chǎn)品的互換性,這使卡尺的更換和售后服務(wù)十分不便利,同時也大大增加其產(chǎn)品成本.當(dāng)前,國際上已經(jīng)有大批量的生產(chǎn)具有可互換性卡尺的設(shè)備出現(xiàn),這種新型的加工工藝在很大程度上解放了勞動力,提高了生產(chǎn)效率.因此,本文重點(diǎn)研究一款功能齊全、性能優(yōu)良的數(shù)控精密卡規(guī)磨床.

2 傳統(tǒng)的磨削主軸的基本原理

在傳統(tǒng)的磨床技術(shù)中,磨削主軸又稱為磨頭,通常采用專用主軸制作工藝,傳統(tǒng)主軸的動力是由主軸電機(jī)通過皮帶或者同步帶傳遞到主軸的,在這一級一級的傳動中,不但會損耗電機(jī)的實(shí)際功率,也讓主軸的不平穩(wěn)成為了可能,同時也增加了磨床主軸的振動因素.所以在傳統(tǒng)的磨床設(shè)計(jì)中,磨頭部分都是設(shè)計(jì)得相對笨重和大尺寸,為的就是增加磨頭的剛性,減弱磨頭在磨削過程中的振動,這就增加了設(shè)計(jì)成本,降低了工作效率.

3 電主軸在數(shù)控磨床技術(shù)中實(shí)際應(yīng)用的具體要求

3.1 電主軸的安裝示意圖(圖1)

3.2 數(shù)控精密磨床電主軸的主要磨削加工要求

(1)卡尺大量面的平面度,要求在0.002以內(nèi),用平晶檢查必須肉眼能看到發(fā)散的彩色光帶.

(2)要實(shí)現(xiàn)互換性,必須保證每把卡尺的大小量面之間的距離的誤差在0.005以內(nèi),我們考慮用絕對式光柵來保證.

圖1 電主軸安裝示意圖

(3)要保證卡尺尺身與尺寬安裝完畢后大小量面對貼合縫隙在0.005以內(nèi),即尺身的大小量面與尺身定位面的垂直度必須在0.0025以內(nèi),同時,尺寬的大小量面與尺寬的定位面的垂直度也要保證在0.0025以內(nèi).卡尺大小量面對粗糙度要求在Ra0.2以內(nèi).

(4)數(shù)控系統(tǒng)的選擇,目前比較常用的數(shù)控系統(tǒng)主要有西門子、法那科以及華中數(shù)控系統(tǒng),根據(jù)四軸聯(lián)動加工及可靠性要求,選擇法那科數(shù)控系統(tǒng).該磨床加工面分為兩個部分,一個是卡尺的大量面即測量面,一個是卡尺小爪的小量面,為了保證這兩個量面的相對尺寸,加工采用雙磨削主軸的形式,即采用兩個磨削電主軸,一個主軸用于磨削大量面,一個主軸用于磨削小量面.

4 電主軸的選擇

第一是磨削卡尺大量面的電主軸的選定,該量面是測量工件的主要量面,其表面粗糙度及平面度要求都相對較高,且整個磨削面較大,選擇采用功率相對較大的電主軸,同時為了延長磨削主軸的使用壽命,選用SKF精密軸承,保證主軸的平穩(wěn)性、幾何精度及使用壽命.針對該主軸配置直徑為φ250mm的砂輪,以砂輪設(shè)計(jì)最好轉(zhuǎn)速(一般為35～50m/s)為參考,電主軸最高轉(zhuǎn)速選定為5000r/m.此外配備主軸吹氣保護(hù)功能,保證磨削過程中產(chǎn)生的金屬粉塵和砂輪的粉塵不會吹進(jìn)主軸內(nèi)部,提高主軸的使用壽命.該主軸選擇參數(shù)如下.

圖2 電主軸Ⅰ結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 電主軸Ⅱ結(jié)構(gòu)示意圖

4.1 電主軸Ⅰ類型:AD150-5Z/2.5電主軸(圖2)

4.2 電主軸Ⅰ主要技術(shù)參數(shù)和機(jī)構(gòu)性能要求

額定功率:2.5kW;最高轉(zhuǎn)速:5000r/min;額定電壓:350V;額定電流:5.7A;最高轉(zhuǎn)速時頻率:83Hz;主軸外徑φ150mm;主軸端采用外錐聯(lián)結(jié)方式,規(guī)格為:1:5,φ40;主軸精度:主軸定心錐面徑向跳動:0.002;主軸軸向竄動:0.002;主軸采用油脂潤滑;主軸冷卻方式為強(qiáng)迫水冷;主軸采用氣體密封;軸承采用SKF,P4級軸承;主軸采用變頻調(diào)速控制(變頻器需自備);主軸旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎曋鬏S端面為逆時針旋轉(zhuǎn);電主軸采用前法蘭連接形成.電主軸配置過熱保護(hù)檢測元件和功能.

第二是磨削卡尺小量面電主軸的選擇,該量面是測量工件的小量面,在實(shí)際的零件檢驗(yàn)過程中很少使用,只有在針對孔徑和內(nèi)框時才用得上,同時該測量面極小,對粗糙度和平面度要求不高,尤其是粗糙度幾乎可以忽略,在電主軸的選用上,選擇了功率相對較小的電主軸.為了確保磨削主軸的使用壽命,主軸軸承采用SKF精密軸承,主軸配置砂輪直徑為φ250mm,以砂輪設(shè)計(jì)最好轉(zhuǎn)速(一般為35～50m/s)為參考,電主軸最高轉(zhuǎn)速選定為3000r/m.同時增加主軸吹氣保護(hù)功能,保證主軸的使用壽命.該主軸的具體參數(shù)如下.

4.3 電主軸Ⅱ類型:AD150-3Z/1.5電主軸(圖3)

4.4 電主軸Ⅱ主要技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)性能要求

額定功率:1.5kW;最高轉(zhuǎn)速:3000r/min;額定電壓:350V;額定電流:3.4A;最高轉(zhuǎn)速時頻率:50Hz;主軸外徑:φ150mm;主軸端采用外錐連結(jié)方式,規(guī)格為1:5,φ40;主軸精度:主軸定心錐面徑向跳動:0.002;主軸軸向竄動:0.002;主軸采用油脂潤滑;主軸冷卻方式為強(qiáng)迫水冷;主軸采用氣體密封;軸承采用SKF,P4級軸承;主軸采用變頻調(diào)速控制(變頻器需方自備);主軸旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎曋鬏S端面為逆時針旋轉(zhuǎn);電主軸采用前法蘭連接形式;電主軸配置過熱保護(hù)檢測元件和功能.

5 電主軸在數(shù)控磨床技術(shù)中應(yīng)用的實(shí)際效果

對電主軸在數(shù)控磨床使用過程中進(jìn)行了跟蹤,通過對比傳統(tǒng)機(jī)械軸式機(jī)床與電主軸式機(jī)床對卡尺量面加工測試,如表1所示.

表1 卡尺量面?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械軸式機(jī)床與電主軸式機(jī)床加工數(shù)據(jù)對比

采用電主軸式機(jī)床較傳統(tǒng)普通機(jī)床加工精度高,且性能穩(wěn)定可靠;磨削電主軸能很好的實(shí)現(xiàn)最初的設(shè)計(jì)構(gòu)想,很大程度的滿足了工件加工的需要,不但加工速度很高,同時加工出來的工件質(zhì)量也達(dá)到了原來的設(shè)計(jì)要求,很好的解決現(xiàn)有加工的一些難題.

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