你知道高速電主軸是如何分類的嗎?

在中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電主軸第1 部分: 術(shù)語(yǔ)和分類》(標(biāo)準(zhǔn)編號(hào): JB/ T10801. 1—2014) 中規(guī)定了按電主軸電動(dòng)機(jī)特性、軸承支承方式和應(yīng)用領(lǐng)域分類的方法。

            此外, 還有按潤(rùn)滑方式、冷卻方式、換刀形式以及電動(dòng)機(jī)類型等進(jìn)行分類的, 具體如表2-1 所示。

一、按電主軸電動(dòng)機(jī)特性分類

1. 恒轉(zhuǎn)矩電主軸

在電主軸調(diào)速全過(guò)程中, 電動(dòng)機(jī)功率隨轉(zhuǎn)速呈線性變化, 而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩恒定不變的電主軸。恒轉(zhuǎn)矩電主軸的最高轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速, 其輸出特性曲線如圖2-3 所示。磨用電主軸的電動(dòng)機(jī)一般都是恒轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)。

2. 恒功率電主軸

在電主軸調(diào)速全過(guò)程中, 電動(dòng)機(jī)某一轉(zhuǎn)速按功率保持不變的電主軸。恒功率電主軸的輸出特性曲線如圖2-4 所示。

對(duì)于恒功率負(fù)載來(lái)講, 其調(diào)速范圍會(huì)經(jīng)歷兩個(gè)區(qū)間: 在低速時(shí)(某個(gè)頻率以下時(shí)) 是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速, 因?yàn)榘凑蛰敵龉β屎愣▉?lái)看, 速度很低時(shí), 電動(dòng)機(jī)不可能輸出一個(gè)無(wú)窮大的轉(zhuǎn)矩, 這時(shí)應(yīng)該認(rèn)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩是一個(gè)恒定值, 即恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì), 而輸出功率也不會(huì)直接就為額定功率。而當(dāng)頻率大于某個(gè)頻率(速度) 以上時(shí), 為恒功率調(diào)速, 輸出功率不變, 為額定功率, 轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。

銑削和加工中心用電主軸的電動(dòng)機(jī)通常是恒功率設(shè)計(jì), 需要恒轉(zhuǎn)矩段和恒功率段相配合, 以滿足寬速度范圍內(nèi)的切削需要, 低速需要大轉(zhuǎn)矩重切削, 高速需要一定功率的精切削。

二、按電主軸軸承支承方式分類

電主軸按采用的軸承類型可分為滾動(dòng)軸承、空氣動(dòng)靜壓軸承、液體動(dòng)靜壓軸承和磁懸浮軸承等支承的電主軸, 其中滾動(dòng)軸承、空氣動(dòng)靜壓軸承、液體動(dòng)靜壓軸承是目前電主軸應(yīng)用最廣泛的軸承類型。

1. 滾動(dòng)軸承電主軸

以精密滾動(dòng)軸承為支承的電主軸。滾動(dòng)軸承按潤(rùn)滑方式不同, 電主軸又可分為以下類型:

(1) 油脂電主軸。采用高速潤(rùn)滑油脂的軸承潤(rùn)滑方式的電主軸。

(2) 油霧電主軸。采用壓縮空氣和潤(rùn)滑油的霧化混合體持續(xù)供給的軸承潤(rùn)滑方式的電主軸。

(3) 油氣電主軸。采用壓縮空氣攜帶微量潤(rùn)滑油持續(xù)供給的軸承潤(rùn)滑方式的電主軸。

2. 氣體軸承電主軸

以空氣動(dòng)靜壓軸承為支承的電主軸。

3. 液體軸承電主軸

以液體動(dòng)靜壓軸承為支承的電主軸。

三、按應(yīng)用領(lǐng)域分類

依據(jù)加工工藝類別不同, 數(shù)控機(jī)床用電主軸主要分為銑削和加工中心用電主軸、車削用電主軸、磨削用電主軸、鉆削用電主軸4 個(gè)類別。根據(jù)使用條件不同, 其相應(yīng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及部件配置也有差別。

1. 加工中心用電主軸

銑削和加工中心用電主軸用于數(shù)控銑床和加工中心機(jī)床, 具備以下特征: 高速、高精度、低速大轉(zhuǎn)矩特性; 自動(dòng)松拉刀功能; 準(zhǔn)速、準(zhǔn)停、零速鎖定功能。

該類電主軸有自動(dòng)換刀和手動(dòng)換刀兩種: 自動(dòng)換刀主軸帶有自動(dòng)松拉刀系統(tǒng), 刀具更換方便快捷; 手動(dòng)換刀主軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠, 適合不需要頻繁換刀的機(jī)床。大型數(shù)控銑削用電主軸不設(shè)刀庫(kù), 無(wú)需換刀, 一般采取開(kāi)環(huán)控制; 加工中心用電主軸采用閉環(huán)編碼控制,恒功率轉(zhuǎn)速比大于1∶8, 以實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩輸出。若需要實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩輸出, 在選擇電主軸型號(hào)時(shí), 需要提供電主軸轉(zhuǎn)速范圍及恒功率段起點(diǎn)轉(zhuǎn)速并且要有準(zhǔn)停功能。電主軸潤(rùn)滑系統(tǒng)通常選用高速油脂潤(rùn)滑或油氣潤(rùn)滑, 以減少油霧對(duì)環(huán)境的污染。銑削和加工中心用電主軸在設(shè)計(jì)上通常有恒轉(zhuǎn)矩段和恒功率段相配合, 以滿足寬速度范圍內(nèi)的切削需要, 低速需要大轉(zhuǎn)矩重切削, 高速需要一定功率的精切削。銑削和加工中心用電主軸外形如圖2-5 所示。

2. 數(shù)控車床用電主軸

數(shù)控車床用電主軸是數(shù)控車床中的工件軸, 具備以下特征: 高速、高精度旋轉(zhuǎn)、低速大轉(zhuǎn)矩特性; 前后主軸端能安裝相應(yīng)的動(dòng)力卡盤或旋轉(zhuǎn)液壓缸, 并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)松開(kāi)與拉緊工件功能; 定速性能, 以適應(yīng)螺紋車削。車削用電主軸非常有利于高精度車加工以及降低工件表面粗糙度值, 特別適用于鋁、銅類等有色金屬零件的高速高精度車削工序。車削用電主軸能夠傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩, 并具有在帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的同時(shí)直接承受切削力的能力; 在一定載荷和轉(zhuǎn)速下

保證工件精確而穩(wěn)定地繞其軸線做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 并在動(dòng)態(tài)和熱態(tài)條件下, 仍能保持這一性能。車削用電主軸外形如圖2-6 所示。

3. 磨削用電主軸

磨削用電主軸主要用于表面磨削加工機(jī)床, 以提高磨削線速度和表面質(zhì)量為目的, 具備以下特征: 以恒轉(zhuǎn)矩電主軸為主; 高速、高精度和輸出功率大的特征; 高密封性。最早用于軸承行業(yè)的軸承套圈內(nèi)圓表面的磨削, 現(xiàn)也在各種內(nèi)圓磨床、外圓磨床上廣泛應(yīng)用。

磨削用電主軸外形如圖2-7 所示, 其中: 主軸接口為直孔(普通型) 的用于內(nèi)圓磨機(jī)床, 外錐的用于外圓磨機(jī)床。

4. 鉆削用電主軸

鉆削用電主軸用于鉆孔專用機(jī)床, 包括印刷電路板高速鉆孔用電主軸, 具備以下特征:軸向剛度高; 高速、高精度特性; 印制電路板鉆孔用電主軸常用空氣動(dòng)靜壓軸承。鉆削用電主軸常規(guī)速度等級(jí)分為: 60 000r/ min、80 000r/ min、90 000r/ min、105 000r/ min、120 000r/ min、180 000r/ min 6 種。前三種為油脂潤(rùn)滑型滾動(dòng)軸承支承的電主軸, 其加工范圍為孔徑0. 2 ~0. 7mm; 后三種為空氣動(dòng)靜壓型軸承支承的電主軸, 可用來(lái)鉆削孔徑為0. 1 ~0. 15mm 的小孔。

5. 雕銑用電主軸

雕銑用電主軸用于復(fù)雜曲而加工的數(shù)控雕銑機(jī)床, 包括木工機(jī)械用電主軸, 具備以下特征: 高速、高精度特性; 換刀便捷; 木工機(jī)械用電主軸一般使用空氣冷卻, 具有高密封性。雕銑用電主軸轉(zhuǎn)速偏高, 一般在24 000r/ min以上, 其動(dòng)力輸出分為恒功率和恒轉(zhuǎn)矩兩種。雕銑用電主軸外形如圖2-8 所示。

6. 特殊用電主軸

特殊用電主軸包括: 拉輾用電主軸、切割用電主軸、離心機(jī)用電主軸、試驗(yàn)機(jī)用電主軸及其他用電主軸。高速離心機(jī)用電主軸廣泛用于分離、粉碎、霧化、試驗(yàn)等高速離心領(lǐng)域; 高速旋輾用電主軸用于加工空調(diào)設(shè)備的內(nèi)螺紋銅管; 特殊用途的電主軸用于驅(qū)動(dòng)、試驗(yàn)、切割等, 以滿足用戶特殊需要。

高速試驗(yàn)用電主軸, 一般分為軍用和民用兩大類。軍用試驗(yàn)機(jī)主要包括航空高速風(fēng)洞用電主軸, 燃?xì)廨啓C(jī)1 640℃ 點(diǎn)火裝置50 000r/ min 高速試驗(yàn)機(jī)用電主軸, 液氫- 253℃ 深冷50 000r/ min 高速試驗(yàn)機(jī)等。民用試驗(yàn)機(jī)電主軸主要用于高速動(dòng)力卡盤回轉(zhuǎn)液壓缸試驗(yàn)機(jī)、石化干式密封件高速試驗(yàn)機(jī)、高速軸承多載荷試驗(yàn)機(jī)等。除了按照標(biāo)準(zhǔn)JB/ T 10801. 1—2014 進(jìn)行分類外, 還有按冷卻方式進(jìn)行分類, 分為水冷電主軸、風(fēng)冷電主軸和自冷電主軸; 按照換刀形式分自動(dòng)換刀電主軸和手動(dòng)換刀電主軸; 按電動(dòng)機(jī)類型分為交流異步型電動(dòng)機(jī)電主軸和永磁同步型電動(dòng)機(jī)電主軸。按照用途分類, 各類電主軸的主要應(yīng)用和特性匯總?cè)绫?-2 所示。

四、按電動(dòng)機(jī)的類型分類

電主軸按電動(dòng)機(jī)的類型可分為異步型電主軸和同步型電主軸。當(dāng)前高速電主軸產(chǎn)品大部分都是內(nèi)置異步交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī); 同步型電主軸多用永磁同步電動(dòng)機(jī)。其各自的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表2-3 所示。