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数控机床高速主轴的性能分析状况

时间:2018-02-07 作者:admin 点击:38

机床设备大修:数控机床高速主轴的性能,在相当程度上取决于主轴轴承及其润滑。滚动轴承由于刚度好、精度可以制造得较高、承载能力强和结构相对简单,不仅是一般切削机床主轴的*,也受到高速切削机床的青睐。从高速性的角度看,滚动轴承中角接触球轴承*好,圆柱滚子轴承次之,圆锥滚子轴承*差。角接触球轴承的球(即滚珠)既公转又自转,会产生离心力Fc和陀螺力矩Mg。随着主轴转速的增加,离心力Fc和陀螺力矩Mg也会急剧加大,使轴承产生很大的接触应力,从而导致轴承摩擦加剧、温升增高、精度下降和寿命缩短。因此,要提高这种轴承的高速性能,就应想方设法抑制其Fc和Mg的增加。从角接触球轴承Fc和Mg的计算公式得知,减少球材料的密度、球的直径和球的接触角都有利于减少Fc和Mg,所以现在高速主轴多使用接触角为15°或20°的小球径轴承。可是,球径不能减小过多,基本上只能是标准系列球径的70%,以免削弱轴承的刚度,更关键的还是要在球的材料上寻求改进。与GCr15轴承钢相比,氮化矽(Si3N4)陶瓷密度仅为它的41%,用氮化矽制作的球要轻得多,自然在高速回转时所产生的离心力和陀螺力矩也要小得多。与此同时,氮化矽陶瓷的弹性模量和硬度是轴承钢的1.5倍和2.3倍,而热膨胀系数仅为轴承钢的25%,这既可提高轴承的刚度和寿命,又使轴承的配合间隙在不同温升条件下变化小,工作可靠,加之陶瓷耐高温且不与金属发生粘咬,显然用氮化矽陶瓷制作球体更适合进行高速回转。实践表明,陶瓷球角接触球轴承与相应的钢球轴承相比速度能提高25%~35%,不过价格也要高一些。国外将内外圈为钢、滚动体为陶瓷的轴承统称为混合轴承。目前混合轴承又有新发展:一是陶瓷材料已用于制作圆柱滚子轴承的滚子,市场上出现了陶瓷圆柱混合轴承;二是用不锈钢(比如FAG公司用氮化不锈钢Crodinur30)代替轴承钢制作轴承的内外圈特别是内圈,由于不锈钢的热膨胀系数比轴承钢小20%,自然在高速回转时,因内圈热膨胀所造成的接触应力增大趋势会受到抑制。众所周知,dmh值是表达滚动轴承高速性能的速度因子(dm是滚动轴承内、外圈的平均直径,单位mm;h是轴承的转速,单位r/min)。角接触球轴承的高速性能不仅与球的接触角、直径和材料相关,而且与轴承的润滑方式关系密切。目前滚动轴承有脂润滑、油雾润滑和油气润滑三种方式,其中油雾润滑虽然效果不错,但污染环境和危害工人健康,国外已很少采用。
数控机床系统的插补原理:
在轮廓加工中,数控机床刀具的轨迹必须严格准确地按零件轮廓曲线运动。插补运算的作用是在已知的加工轨迹曲线的起点和终点间进行“数据点的密化”。插补是在每个插补周期内,根据CNC机床(Computer Numerical Control,计算机数字控制)指令、进给速度计算出一个微小直线段的数据,刀具沿着微小直线段运动,经过若干个插补周期后,刀具从起点运动到终点,完成这段轮廓的加工。加工曲线AB段,A为起点,B为终点。CNC机床在每个插补周期内,计算出一个微小直线段的各坐标分量(△X、△y),经若干个插补周期,可以计算出从起点A到终点B间各个微小直线段的坐标分量(△X1、△Y1)、(△X2、△Y2)、…、(△Xn、△Yn)。各坐标分量的计算可采用逐点比较插补法、数字积分插补法、时间分割插补法和样条插补计算法等。被加工零件的外形轮廓是由直线、圆弧和其他曲线等几何元素构成,其中直线和圆弧是基本的几何元素,其他的曲线可用微小直线或圆弧逼近形成。数控机床的数控系统都具有直线和圆弧插补功能。在高级型数控机床的数控系统扩展功能或宏程序中还配有抛物线、渐开线、椭圆等插补计算功能。在数控机床的CNC机床中,插补则是由软件全部或部分实现其插补功能。由于用软件实现插补运算,比硬件插补器运算速度慢,在CNC机床系统中插补功能常分为粗插补和精插补两步完成。粗插补用软件实现,把一个程序段分割为若干微小直线段,精插补在伺服驱动模块中,把各微小直线段再进行密化处理,使加工轨迹在允许的误差范围之内。所以插补功能直接影响系统控制精度和速度,是数控机床的重要技术指标。