高速数控机床(CNC)是装备制造业的技术基础和发展方向之一,是装备制造业的战略性产业。高速数控机床的工作性能,首先取决于高速主轴的性能。数控机床精密高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围,其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴等。不同类型的高速主轴单元输出功率相差较大。电主轴是电机内装式主轴单元的简称。其主要特点是将电机置于主轴内部,通过驱动电源直接驱动主轴进行工作,实现了电机、主轴的一体化功能。传统机床主轴是通过传动装置带动主轴旋转而工作的。
(1)转轴是高速电主轴的主要回转体。他的制造精度直接影响电主轴的终精度。成品转轴的形位公差尺寸精度要求很高,转轴高速运转时,由偏心质量引起震动,严重影响其动态性能,必须对转轴进行严格动平衡测试。部分安装在转轴上的零件也应随转轴一起进行动平衡测试。
(2)高速电主轴的核心支撑部件是高速精密轴承。因为电主轴的高转速取决于轴承的功能、大小、布置和润滑方法,所以这种轴承必须具有高速性能好、动负荷承载能力高、润滑性能好、发热量小等优点。近年来,相继开发了动静承、陶瓷轴承、磁浮轴承。动静承具有很高的刚度和阻尼,能大幅度提高加工效率、加工质量、延具寿命,降低加工成本;而且这种寿命为半长。
磁浮主轴的高速性能好、精度高、容易实现诊断和在线监控。但这种主轴由于电磁测控系统复杂,价格十分昂贵,而且长期居高不下,至今未能得到广泛应用。目前市场上应用的就是陶瓷轴承,一般的角接触陶瓷轴承内外圈都是钢圈,滚动体是陶瓷材料。陶瓷具有密度小,刚度好,热膨胀系数小等优点。而且在理论计算和接触疲劳试验和压碎试验表明,混合式陶瓷轴承首先失效的是钢圈而不是陶瓷球。由于前面三种轴承理论寿命均为无穷大,特别是磁悬浮轴承还具有自动调节偏心等优点,在未来超高速机床市场上,随着技术的发展,磁悬浮轴承应是发展方向。而在一般的高速加工机床中,混合式陶瓷轴承或纯陶瓷轴承也将具有广泛的使用场合。
动平衡的精度高低与设备和操作人员的技术水平关联度非常大,我们不能在一台动平衡设备上既平衡100kg的大轴,又来平衡1-2kg的小轴,这样是很不科学的,动平衡设备基本上是有一个平衡件质量范围的,而且这个范围不宜太宽,太宽肯定会影响动平衡的精度,再者,不同质量的转轴速度肯定是不相同的,我们只能尽量把转速范围接近的转轴集中在一台或两台动平衡机上进行动平衡,而不能高速、低速的集中在一起,这样兼顾了高速,低速的往往重量很大,平衡的效果肯定是要打折扣的。