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              機(jī)械主軸軸承振動監(jiān)測與故障診斷研究

              常用的數(shù)控車床機(jī)械主軸單元通常按照其機(jī)床的加工性能,對主軸的結(jié)構(gòu)有不同的要求,通常會按照機(jī)床的剛度指標(biāo)分成三大類。

              一、高速輕載型

                該主軸的配置是以車削有色金屬為主或輕切的機(jī)床上,軸承結(jié)構(gòu)為前三后二的角接觸軸承組合結(jié)構(gòu),由于具有很強(qiáng)的高速性,配合CBN或其它硬質(zhì)合金刀具,可以獲得較高的工件粗糙度及真圓度。這個類型的主軸在華南地區(qū)的機(jī)床制造領(lǐng)域是非常普遍的,幾乎配置了98%以上的數(shù)控車床。HEAVY CUT公司批量制造的該款主軸其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

                為了滿足主軸的高速性,在這款主軸的軸承結(jié)構(gòu)中,其預(yù)緊載荷大部分采取輕預(yù)緊或特輕預(yù)緊的方式對軸承進(jìn)行配對。值得提出的是,國產(chǎn)軸承的配對預(yù)緊標(biāo)準(zhǔn)相對進(jìn)口品牌產(chǎn)品而言,其預(yù)緊量高出進(jìn)口產(chǎn)品的幾倍、十倍、甚至幾十倍,這與一個行業(yè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)有關(guān),也是我國高速軸承在主軸行業(yè)的應(yīng)用表現(xiàn)不及進(jìn)口產(chǎn)品的主要原因。當(dāng)然,從角度來講,國產(chǎn)軸承的配對后相對軸向剛度優(yōu)于進(jìn)口軸承,但在高速特性應(yīng)用方面卻損失了市場。

                通常在軸承的接觸角度選擇上,可以適當(dāng)?shù)耐ㄟ^加大接觸角而增加主軸承的軸向剛度系數(shù)。目前常用的接觸角度為15°、25°及進(jìn)口產(chǎn)品的18°角。接觸角度值越大,其軸向剛度值越大。相反,接觸角越大,其高速性指標(biāo)越低,其額定載荷指標(biāo)也越低。

                標(biāo)準(zhǔn)型的角接觸球軸承,在實(shí)際運(yùn)用中,按軸承的內(nèi)徑計算已經(jīng)達(dá)到了20~25m/s的工作線數(shù)度。HEAVY CUT公司技術(shù)部門做過一項實(shí)驗(yàn),在預(yù)載力同等的條件下,國產(chǎn)軸承也能夠勝任這項工作指標(biāo)。同一規(guī)格的產(chǎn)品,鋼球直徑越小,其速度指標(biāo)也越高。


              二、中高速重載型

                重載系列的車床主軸單元,在我國及世界車床的發(fā)展史上也是剛興起不久的一種結(jié)構(gòu),主要從追求主軸的速度上作出的改進(jìn),將原來的平面軸承改成了一套角接觸軸承,從而提高了車床的轉(zhuǎn)速。其前后都采用了圓錐孔雙列短圓柱滾子軸承,中間配置一對角接觸球軸承。結(jié)構(gòu)參見圖2。日本馬扎克通常都采用了這種結(jié)構(gòu),值得提出的是,角接觸軸承的角度在25度以上,以滿足徑向和軸向剛度的平衡。但是,圓錐孔雙列短圓柱滾子軸承的游隙調(diào)整比較困難,它直接影響主軸的回轉(zhuǎn)精度,在游隙控制在2~3微米時,主軸可以獲得1微米以內(nèi)的回轉(zhuǎn)精度。目前為止我國還沒有專門用于檢測調(diào)整游隙用的專用包絡(luò)量具,這不能不說是中國軸承行業(yè)的恥辱。除此之外,與軸承錐度的接觸面要求也非常高,對軸的中空比有限制等工藝上特殊要求,也阻礙著這款主軸結(jié)構(gòu)的發(fā)展。由于該款軸承特別適合于重切削高精度機(jī)床,所以日本及歐美也對中國的銷售加以限制,目前市面上能夠采購到的gao級別也只有FAG的SP級產(chǎn)品,進(jìn)口機(jī)床一般都是配置的P4級產(chǎn)品。而國產(chǎn)品由于沒有較好的檢測手段,精度等級與進(jìn)口品相比仍有很大的差距。

                其實(shí),數(shù)控車床在軸承配置方面的結(jié)構(gòu)還是這一種,它的高速性能在精度保證的前提下可以達(dá)到15~20m/s的線速度,對于車削獲得較高的粗糙度是完全滿足的,在重切削性能方面相對高速輕載型結(jié)構(gòu)是無可比擬的。

                如果是作為車銑復(fù)合中心機(jī)床的主軸,在低速插補(bǔ)銑削方面,這種結(jié)構(gòu)顯得尤為重要,角接觸軸承在這個方面的優(yōu)勢及圓柱滾子軸承。

                事實(shí)上,數(shù)控車床主軸結(jié)構(gòu)一直都在沿用這種軸承配置方法,國內(nèi)目前還沒有達(dá)到這個普及水平,其真正的原因還是受軸承產(chǎn)品的精度和測量工藝的量具以及加工裝配工藝的限制。相信在不久的將來,我們會突破各種困難,將這種結(jié)構(gòu)主軸的優(yōu)勢得以充分的發(fā)揮。HEAVY CUT公司在主軸入市的初期階段,主推的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)就屬于這一種,但由于軸承方面的穩(wěn)定性尚未突破,目前并未投入大量的生產(chǎn)。在車銑復(fù)合機(jī)床方面,我們還是希望廣大用戶采用這種結(jié)構(gòu),不過,要想實(shí)現(xiàn)主軸的高速性能,軸承還必需依賴進(jìn)口。


              三、中低速重載型

                在現(xiàn)在的數(shù)控車床中,由于特殊工況的原因,需要主軸在軸向和徑向方面都具有極高的剛度指標(biāo),同時也需要具備高速特征,以滿足實(shí)際加工工藝的需要。這些主要體現(xiàn)在立式數(shù)控車床、臥式數(shù)控旋壓車床等方面。早期的數(shù)控車床基本都是采用這種結(jié)構(gòu),前后的徑向支撐為圓錐孔雙列短圓柱滾子軸承,中間的軸向支撐采用雙向角接觸推力球軸承。如圖3所示。

                隨著刀具行業(yè)的迅猛發(fā)展,這款結(jié)構(gòu)的主軸在高速特性方面不再具有任何優(yōu)勢,也就逐漸退出了主導(dǎo)市場。但我們不得不承認(rèn),這種重載型結(jié)構(gòu)在特種需求場合仍然有自己的優(yōu)勢。

              四、三種不同主軸結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)比較

                為了滿足不同機(jī)床特性的需求,HEAVYCUT公司對相同規(guī)格不同載荷結(jié)構(gòu)的主軸作了系列化設(shè)計,只需要更換少數(shù)不同的軸承與零件,就能夠組裝出自己需求的主軸,以滿足客戶不同工況機(jī)型的需要。我們以常見的A2-4車床機(jī)械主軸單元為例,對其機(jī)械性能數(shù)據(jù)進(jìn)行比對,具體參見表1。

                從表1中我們不難發(fā)現(xiàn),徑向載荷與軸向剛度的綜合值越高,主軸的轉(zhuǎn)速性能就越低。同時提出的是,綜合值越高,軸承的成本也就越高。

              營銷熱線

              銷售部長:羅志平

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              銷售經(jīng)理:李麗娜

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              銷售經(jīng)理:趙浩淳

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              銷售經(jīng)理:藺保軍

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