你知道高速電主軸是如何分類的嗎?

在中華人民共和國機械行業(yè)標準《電主軸第1 部分: 術(shù)語和分類》(標準編號: JB/ T10801. 1—2014) 中規(guī)定了按電主軸電動機特性、軸承支承方式和應(yīng)用領(lǐng)域分類的方法。

            此外, 還有按潤滑方式、冷卻方式、換刀形式以及電動機類型等進行分類的, 具體如表2-1 所示。

一、按電主軸電動機特性分類

1. 恒轉(zhuǎn)矩電主軸

在電主軸調(diào)速全過程中, 電動機功率隨轉(zhuǎn)速呈線性變化, 而電動機轉(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。磨用電主軸的電動機一般都是恒轉(zhuǎn)矩設(shè)計。

2. 恒功率電主軸

在電主軸調(diào)速全過程中, 電動機某一轉(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。

對于恒功率負載來講, 其調(diào)速范圍會經(jīng)歷兩個區(qū)間: 在低速時(某個頻率以下時) 是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速, 因為按照輸出功率恒定來看, 速度很低時, 電動機不可能輸出一個無窮大的轉(zhuǎn)矩, 這時應(yīng)該認為負載轉(zhuǎn)矩是一個恒定值, 即恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì), 而輸出功率也不會直接就為額定功率。而當(dāng)頻率大于某個頻率(速度) 以上時, 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機通常是恒功率設(shè)計, 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軸承、空氣動靜壓軸承、液體動靜壓軸承和磁懸浮軸承等支承的電主軸, 其中滾動軸承、空氣動靜壓軸承、液體動靜壓軸承是目前電主軸應(yīng)用最廣泛的軸承類型。

1. 滾動軸承電主軸

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

(1) 油脂電主軸。采用高速潤滑油脂的軸承潤滑方式的電主軸。

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

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

2. 氣體軸承電主軸

以空氣動靜壓軸承為支承的電主軸。

3. 液體軸承電主軸

以液體動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 個類別。根據(jù)使用條件不同, 其相應(yīng)結(jié)構(gòu)特點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床, 具備以下特征: 高速、高精度、低速大轉(zhuǎn)矩特性; 自動松拉刀功能; 準速、準停、零速鎖定功能。

該類電主軸有自動換刀和手動換刀兩種: 自動換刀主軸帶有自動松拉刀系統(tǒng), 刀具更換方便快捷; 手動換刀主軸結(jié)構(gòu)簡單, 經(jīng)濟實惠, 適合不需要頻繁換刀的機床。大型數(shù)控銑削用電主軸不設(shè)刀庫, 無需換刀, 一般采取開環(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, 以實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩輸出。若需要實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩輸出, 在選擇電主軸型號時, 需要提供電主軸轉(zhuǎn)速范圍及恒功率段起點轉(zhuǎn)速并且要有準停功能。電主軸潤滑系統(tǒng)通常選用高速油脂潤滑或油氣潤滑, 以減少油霧對環(huán)境的污染。銑削和加工中心用電主軸在設(shè)計上通常有恒轉(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)的動力卡盤或旋轉(zhuǎn)液壓缸, 并實現(xiàn)自動松開與拉緊工件功能; 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動和轉(zhuǎn)矩, 并具有在帶動工件旋轉(zhuǎn)的同時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)運動, 并在動態(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)圓磨機床, 外錐的用于外圓磨機床。

4. 鉆削用電主軸

鉆削用電主軸用于鉆孔專用機床, 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靜壓軸承。鉆削用電主軸常規(guī)速度等級分為: 60 000r/ min、80 000r/ min、90 000r/ min、105 000r/ min、120 000r/ min、180 000r/ min 6 種。前三種為油脂潤滑型滾動軸承支承的電主軸, 其加工范圍為孔徑0. 2 ~0. 7mm; 后三種為空氣動靜壓型軸承支承的電主軸, 可用來鉆削孔徑為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)控雕銑機床, 包括木工機械用電主軸, 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、離心機用電主軸、試驗機用電主軸及其他用電主軸。高速離心機用電主軸廣泛用于分離、粉碎、霧化、試驗等高速離心領(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、試驗、切割等, 以滿足用戶特殊需要。

高速試驗用電主軸, 一般分為軍用和民用兩大類。軍用試驗機主要包括航空高速風(fēng)洞用電主軸, 燃氣輪機1 640℃ 點火裝置50 000r/ min 高速試驗機用電主軸, 液氫- 253℃ 深冷50 000r/ min 高速試驗機等。民用試驗機電主軸主要用于高速動力卡盤回轉(zhuǎn)液壓缸試驗機、石化干式密封件高速試驗機、高速軸承多載荷試驗機等。除了按照標準JB/ T 10801. 1—2014 進行分類外, 還有按冷卻方式進行分類, 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換刀電主軸和手動換刀電主軸; 按電動機類型分為交流異步型電動機電主軸和永磁同步型電動機電主軸。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、按電動機的類型分類

電主軸按電動機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)電動機; 同步型電主軸多用永磁同步電動機。其各自的優(yōu)缺點對比如表2-3 所示。