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国内外磨床主要技术指标对比

发布时间:2019-10-18
                    国内外磨床主要技术指标对比
  (1)砂轮架主轴系统超高速磨床的关键技术是超高速砂轮架主轴系统,目前,能适用于超高速(主轴转速达10000r/min以上)的主轴系统,轴承形式主要有精密角接触陶瓷球轴承、空气轴承、液体静动压轴承和磁悬浮轴承。其中,空气轴承是利用空气压力将主轴无机械接触、无润滑地悬浮起来,其最高转速可达150000r/min以上,速度特性好,允许转速高,且无污染,但其缺点是承载能力低,一般用于高速轻载的场合,不适合材料切除量大的场合。磁悬浮轴承利用电磁力将主轴无机械接触、无润滑地悬浮起来,工作时,转子的位置由高灵敏度传感器不断进行检测,反馈信号转给PID控制器,由其进行数据分析和处理,算出较正转子位置所需电流,经功率放大后,输入定子电磁铁,改变电磁力,从而始终保持主轴的正确位置。最高转速能达60000r/min以上,最大功率也达25kW,是一种理想的超高速主轴结构形成,但磁悬浮轴承要求很复杂的电气控制系统,制造成本很高。
  精密角接触陶瓷球轴承电主轴是新一代高速轴承,高刚度、低温升、高转速,最高可达100000r/min,在磨床上能应用大功率(30kW以上)的电主轴,最高转速也能24000r/min,是超高速机床的常用主轴形式。
  (2)砂轮动平衡装置 高速砂轮的平衡精度直接影响到磨削质量,由于主轴转速在10000r/min以上,必须采用在线自动平衡装置,该磨床拟采用美国SBS公司内装式自动平衡系统,该装置适用于最高转速达20000r/min的工作条件,最高平衡精度可达0.05mm。由于是内装式的,所有平衡装置全部密封在主轴内部,因此使用方便,不易损伤,使用寿命长,特别适用于超高速磨床砂轮平衡。
  (3)砂轮架进给导轨 采用静压圆柱导轨利用湖南大学多来年在静动压砂轮主轴轴承方面成功的技术,研制高精度、高刚性、高灵敏度的直线移动导轨副,实现无机械接触的极其平稳的直线运动,相对于直线滚动导轨,本方案具有优良的低速性能与变速移动适应性,并能有效地吸收一部分机械振动能,有利于提高磨削质量。相对于压力卸荷导轨,静压圆柱导轨又能显著地提高导轨副的刚度。
  (4)砂轮及砂轮修整器 砂轮线速度设计指标是200m/s,是目前国内第一台超高速磨床,超高速砂轮在材料的选用与形状结构上都有特殊的要求,采用与郑州富耐克超硬材料有限公司合作研制的线速度为160m/s的CBN与金刚石砂轮,有望在200m/s的CBN砂轮研制上与国内优势单位进一步合作,开发出国产的超高速砂轮。砂轮修整器采用金刚石滚轮,实现微米级精细修整与自动补偿。
  (5)自动进给机构 磨床有三个直线运动伺服坐标轴与一个回转运动伺服控制坐标轴,直线轴X为砂轮架进给坐标轴,由于该轴对工件加工精度影响最直接,而且与工件回转坐标轴C轴有联动关系,要求有精确的定位与快速响应的特性,即最大限度地减少系统跟随误差,并具有优良的加(减)速特性,加速度大于1g。目前能实现这一指标的运动执行单元是直线伺BI/Eg动机,直线电动机高速进给单元由一系列安装在砂轮架滑鞍上的磁铁(定子)和砂轮絮底座的钢片铁心的线圈(动子)组成,利用动子脉冲电流产生的磁场和定子永磁磁场相互作用产生电磁推力,带动砂轮架运动。它具有精度高、无磨损、响应速度快和效率高等特点,在高逮切削机床上的应用日益广泛。该磨床选用该电动机为砂轮架运动的执行元件,1且盼是为了提高X轴运动精度,从而直接提高磨削加工精度,扩大磨床使用范围,使之适应除凸轮轴以外的非圆或偏心轴零件加工。
  平面磨床的工作台移动轴(z轴)和修整器移动轴(1,轴)仍采用交流旋转伺服电动机+精密滚珠丝杠的结构形式,以降低制造费用。工件头架轴的旋转运动采用伺服电动机通过精密弹性联轴器直接驱动主轴的结构形式,即所谓“零传动”的形式,以避免传动误差对加工精度的影响。
  (6)冷却系统 由于超高速磨削时砂轮周围形成一层高速气流,阻止磨削液进入磨削区,为了达到有效的冷却作用,对冷却喷嘴的形状、位置精心设计,并采用高压冷却的方案,将供给压力提高到10MPa以上,以达到最好的冷却效果。
  (7)防护系统高速磨削的防护 系统是特别重要的,这里的防护包括两方面,一是对机械、器件的防护,如对磨床导轨、电动机和电器的防护;二是对人员的安全防护,如砂轮防护罩、机床外罩的防护作用,对线速度高达200m/s的超高速磨床,安全防护罩的用料及形状设计必须慎重,并留有足够的防护能力富余量,为防止高压磨削液的飞溅对人员和环境的污染,磨床必须是全封闭型的,同时,也要考虑上、下零件和必要的调整、维修的方便。
  (8)总体布局磨床 床身呈上形布局,液压油箱、静压油箱、磨削液箱、电器柜和数控操作台均为独立外设,电器柜、静压油箱设有恒温装置,电器柜与磨床本机之间用管道走线,外形设计要美观、有时代感,同时要有人性化的操作设计,方便使用。
  (9),磨床的数控系统 磨床数控系统的选用原则是:
  1)必须满足磨床控制功能需要,并留有扩展使用的功能富余。
  2)性能可靠,质量有保证,性价比高,技术服务到位。根据这两点原则,初步选定西门子公司的8400数控系统。840D数控系统为全数字模块化设计,具有数字式闭环驱动控制功能,可以控制31个坐标轴(包括主轴),同时有强大的编程功能,适用于复杂零件的加工。该磨床砂轮主轴为电主轴设计,840D数控系统可以实现对电主轴高转速的控制要求,同时与其配套的SINUMERIK6l lD数字驱动系统和伺服电动机、直线电动机,组成对各运动轴的控制与驱动,840D数控系统独有的样条插补功能可以从一条参考曲线的几个特定点产生非常平滑的特性曲线。这一点对非圆轮廓的磨削具有特殊的意义。
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