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軸承知識

關于數控機床主軸結構的改進設計

2020-11-21
孫年亮
摘 要:主軸結構是數控機床的主要構成部分,該結構與數控機床的整體運行效率有直接關系。所以,在主軸結構安裝的過程中,不僅要選擇恰當的安裝方式,還要做好軸承調試工作,確保應用材料的質量,并制定相應的維護方案。在數控機床主軸結構設計的過程中,會有很多影響結構質量的因素,為了確保數控機床的應用質量和壽命,應不斷進行設計方案的優化和改進。因此,針對上述問題進行了相關的闡述和分析。
關鍵詞:數控機床;主軸結構;改進設計
在數控機床中,主軸是核心部件,該部件是否能夠精確運轉、是否具有較高的耐磨性、抗振性等都會對工件加工的質量產生影響。不僅如此,作業環境、操作人員也會對工件的加工質量造成一定的影響。所以,應做好主軸結構的設計,明確各項可控因素,并做好調整和優化。
1 數控機床發展趨勢
目前來看,我國數控機床正向高速、高精度、功能復合、智能化控制、驅動并聯等方向發展。隨著我國工業化進程的加快,各類新材料的應用愈加廣泛,對數控機床加工質量的要求也在不斷提升。在工業化的背景下,數控機床的主軸轉速、進給率、運算速度都需要進一步提升。其中,數控機床主軸變速的方式有兩種,一種是常規無級變速,另一種是分段無極變速,能夠對復雜型面進行加工[1]。為了提升運算速度,微處理器的工作效率也在不斷提升,64位的CPU數控系統已經廣泛應用,頻率已經達到幾千兆赫茲。換刀速度自然也隨之提升,目前很多刀具的交換時間都在1 s左右,速度較高的刀具交換時間甚至達到了0.5 s。
2 數控機床主軸結構的改進設計
2.1 主軸傳動系統設計
為了確保數控機床的運轉效率和質量,需要加強主軸結構的設計。主軸精度會對主軸組件的旋轉精度產生直接影響,其涉及到主軸、軸承、齒輪等零件,這些零件相互連接,如果存在設計誤差,則會影響接觸剛度。零件接觸表面的形狀與表面粗糙度有直接關系,形狀越精確,表面則越精密,受力后出現的接觸變形也會比較小。主軸是主傳動系統不可或缺的重要部件,主軸的精度、強度、剛度都與機床切削的質量有直接關系。如果主軸長度直徑比超過12,則為撓性軸。要保證撓性軸的剛性,就要根據實際工況采取相應的措施。在設計優化的過程中,徑向力不會影響軸中心位置,所以無需進行剛性校核,應重點進行強度的校核。
軸要順利運轉,需要先支撐起來,軸和軸襯之間存在一個配合部位,這個部位為軸頸。軸頸的長度與抗壓強度和散熱要求有關。如果選擇滾動軸承,則軸頸要根據其軸承特點進行設計。軸上安裝的零件較多,為了確保零件之間的表面配合,通常會采用階梯軸的設計方式[2]。軸上零件可以利用套筒或擋環進行定位,但是抬肩不可以采用這種定位方式。軸加工時,不僅軸端要有倒角,各個臺階也需要有倒角,這樣可以減少集中應力對加工造成的影響。
2.2 組件建構設計
主軸組件包括多個部分,分別是:主軸、主軸承、傳動件、密封件等。主軸組件可以確保機床的正常運行,是一種執行件,其能夠帶動工件進行特定運動,是機床中不可或缺的組件之一,其性能與機床性能有直接關系。切削力會直接施加在主軸上,不論是速度還是范圍都很大,所以對主軸組件有很高的可靠性要求。
2.3 前端結構設計
在前端結構設計時,要確保夾具、頂尖、刀具都準確無誤的完成安裝,并且要采取便于裝卸的安裝方式,要盡可能使主軸端的懸臂長度變短,單元結構可以選擇角接觸軸承,這樣不僅可以承受徑向荷載,也可以承受軸向荷載。元件極限速度高設計可以選擇角接觸軸承,使用數量為4個,采用背組安裝形式,這樣可以擴展兩個承載點,進而使主軸頭部的懸伸變短,能有效控制主軸端部變形的問題,對主軸的剛度有很大的強化作用[3]。很多主軸前端結構都基本相似,主要對前支承部分進行設計。主軸前段采用3182100系列軸承和角接觸軸承作為前端支承。目前,已經有很多國家采用這種主軸結構設計方式,具有較好的應用效果。
綜上所述,為了提升數控機床的應用質量,需要對主軸結構設計進行改進和優化。采用合理的設計方案,可以提升主軸的剛性與精度,進而在加工的過程中可以承受更高的負荷,確保軸承之間的運轉配合,進而提升機床整體的精度和穩定性。
參考文獻:
[1]曹川川,郭鵬遠,楊大奎.基于UG的教學型五軸聯動數控銑床的機械結構設計[J].農機使用與維修,2019(7):6-8.
[2]賈超凡,朱昱,倪紅軍,等.數控機床主軸靜動態特性分析與優化設計[J].組合機床與自動化加工技術,2019(8):12-15.
[3]鄭學申.數控機床機械結構設計與制造技術的研究探討[J].軍民兩用技術與產品,2018(22).
來源:《農機使用與維修》2020年3期

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