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2011/05/30

機床用高速主軸軸承技術

機床用高速主軸軸承的技術介紹(機床軸承):

  提高主軸軸承的速度是實現高速實用主軸的關鍵。隨著高速化的發展,對於高效加工機床。滾動體採用陶瓷材料,dmN值在20×104左右,脂潤滑條件下dmN值100×104左右的數控加工中心正在日益增加,已成為一種發展趨勢,採用油氣和油霧潤滑方式也將成為今後高速機床主軸軸承潤滑的發展方向。

  1、高速主軸軸承發展情況:

  一般多使用剛性和高速性能優良的角接觸球軸承,為了適應機床主軸的高速要求。其次使用圓柱滾子軸承。

  脂潤滑條件下dmN值在50×104以下。開發出油氣潤滑後,與此同時逐步開發出與之相適應的潤滑係統。從表述主軸軸承高速性能的dmN值(dm為軸承節圓直徑mm×N為轉速r/min來看。dmN值已達到100×104以上。爾後在軸承方面又開發出了滾動體為陶瓷的角接觸球軸承,實現了dmN值為200×104×90年代開發出噴射潤滑後,dmN值可達到300×104。

  2、高速主軸軸承技術:

  (1)高速角接觸球軸承:

  單列、雙列圓柱滾子軸承在高速性能方面均劣於角接觸球軸承。角接觸軸承是具有接觸角的軸承,可以看出圓錐滾子軸承。接觸角越大軸向剛度越好,但因為球與滾道之間的陀螺滑動和自旋滑動也大,因此發熱也會增加。為了提高速度性能,方法是減小球的大小(或質量)改變溝道的曲率係數,以減小球的離心力,降低高速運轉時產生的內部載荷,同時增加球的數量以提高剛性。

  (2)陶瓷球角接觸球軸承:

  推出了僅滾動體係用氮化硅(Si3N4)陶瓷的混合型陶瓷球軸承,為了減少球質量以提高速度。其性能比較

  作為高速主軸軸承材料,陶瓷(Si3N4)有以下優點:高速旋轉時滾動體產生的離心力小,重量輕。由於密度比軸承鋼小。旋轉力矩可以減小,因此可以降低溫升,提高壽命。良好的導熱性使陶瓷材料的滾動體在高速運轉時不易與金屬產生粘著。潤滑條件較好的情況下耐燒傷,出現燒傷。熱膨脹小,滾動體與內圈接觸時不易發生預緊力增加而導致遊隙減小。軸承的變形小,由於硬度高、剛性好。主軸的剛性也得到提高。綜上所述,因此,採用陶瓷資料(Si3N4)作為滾動體,與軸承鋼滾動體相比速度可提高約25%35%壽命可提高約3倍。


(3)新型混合角接觸球軸承:

  內圈由於離心力而產生膨脹,高速旋轉時。與滾動體接觸應力變大,使內部預載荷增加、遊隙變小、發熱增加。針對此問題,最近開發出內圈為不銹鋼的新型混合陶瓷球軸承。由於不銹鋼的線膨脹係數比軸承鋼小20%因而能進一步控制軸承在高速旋轉時因內圈膨脹而造成的預載荷增加。潤滑條件充沛,固定預載荷下dmN值可提高1.2倍。

  (4)內圈為陶瓷的混合角接觸球軸承:

  定位預載緊的情況下,近來有資料介紹。內圈也使用陶瓷材料的混合型角接觸球軸承。因為內圈也使用陶瓷材料,軸承內徑或滾道離心膨脹小,預緊的增加也較小,加之剛性好,球和滾道的接觸面積小,所以發熱和膨脹也較小,可以比僅球為陶瓷的軸承達到更高轉速。但是正是由於高速旋轉時離心和膨脹小,與金屬制主軸之間的配合應力如果過大就可能產生破壞甚至碎裂。

  3、高速化主軸軸承的潤滑:

  由於使用簡單、經濟而得到廣泛應用,主軸軸承的高速化發展趨勢對潤滑提出了更高的要求。保守dmN值在50×104以下的脂潤滑,由於使用簡單、經濟而得到廣泛應用,而且無需特別維護,也無需後續補充,大多數為終身潤滑。隨轉速提高,dmN值達100×104以上時採用油氣和油霧潤滑,與脂潤滑相比,溫度上升小,能夠以更高速度旋轉,因而成為主要的潤滑方法。而噴射潤滑雖然dmN值可達到250×104但需要大量潤滑油,因攪拌阻力使動力損失較大,而且需要較復雜的附屬設備,利息較高,所以一般不使用這種潤滑方式。

EMAG Karstens 外圓內圓磨床加工系統 HG 204 / HG 208Photobucket

HG
系列專為精密軸類件的外圓加工而設計。
這類精密零件包括有電發動機、變速箱和液壓零件,以及電機軸、壓縮機軸和風機軸等。 該系列磨床可配置所有先進的磨削工藝,所以柔性大,工件變化時反應快。

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HG
204 / HG 208




HG
204和HG 208,是對大中批量的工件進行內外圓加工的最佳解決方案。
HG
204可加工的軸類件最大額定長度是400 mm。
同系列中的老大HG
208 可加工的工件最大長度甚至可以達到800 mm。
基於它的模塊式結構,機床可根據加工需要靈活配置,從優調整:








系統整合- Photobucket


HG 204 和HG 208 磨床專為投放到生產系統的應用而設計, 採用模組化結構,
注重個性化配置, 適合中大型的量產. 由於可以選擇的工藝和生產模組範圍大, 所以能完全根據用戶需求提供量身訂做的磨床. 磨床也可已集成機械臂,
因此可以很方便的聯機到生產系統或現有設備中使用.


齒輪變速箱是此系列磨床和其他系列機床聯機使用的經典例子: 齒輪先在埃馬克EMAG VTC 倒置式軸類件車床上粗加工, 然後在HG
的磨床上精加工. 整個生產系統出自一手, 為用戶提供最高質量保證的同時也提供最大便利.

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加工圓滿 – 結果圓滿


HG 204 和 HG 208 最適合工件的內外圓磨削, 大中批量生產的最佳生產模式. HG 204磨床最長磨削長度為400mm, 而HG 208
的最大磨削長度為800mm. 由於採用了模組化設計結構, 所以能根據加工需求進行量身訂製的最佳配置:



  • 剛玉或CBN砂輪

  • B軸帶2個外圓磨砂輪主軸,最大直徑500
    mm

  • B軸帶1個外圓磨砂輪主軸,最大直徑500
    mm, 2個內圓磨砂輪主軸

  • B軸帶3個外圓磨砂輪主軸,最大直徑400
    mm

  • 工件頭架可配置電主軸或皮帶傳動的主軸

  • 滑動尾架

  • 在線測量裝置

  • CBN砂輪和剛玉砂輪的修整單元

  • 磨削和修整時的切入識別

  • 自動動平衡裝置

  • 工件卡頭

  • 不同規格的卡盤和中心架

  • 自動上下料門,用於連接自動上下料裝置




一次装夹进行内外圆加工


H G 2 0 8 C D
型磨床采用中间驱动,专为组合加工空心轴这类零件而设计,能满足特高的内外圆同轴度要求。如今先进轿车上使用的变速箱空心齿轮轴便是最典型的加工例子。此磨床能一次装夹同时加工齿轮轴的内外圆,和传统的两次装夹加工相比,加工精度显然有了质的飞跃。

H G 2 0 8 C D 型磨床可加工空心轴的最大长度是4 0 0m m。最高配置的磨床有两个十字滑台,集成在滑台上的B
轴可安装两个内圆磨砂轮主轴和两个外圆磨砂轮主轴。最高配置的磨床进行内圆加工时,可加工内圆直径、端面和锥面。
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同步加工磨床:HG 208 DW


H G 2 0 8 DW
型轴类件四轴同步加工磨床,可同时完成外圆磨的两道工序。这台磨床特别适合工序相同、只是长度方向尺寸有别的同一家族工件的加工。磨床可加工的典型工件有:转向机构主动齿轮、变速箱齿轮轴、电机轴和压缩机轴等。



H G 2 0 8 DW 型同步加工磨床的优点概述:

因一次装夹组合加工,所以加工质量卓越;节拍时间短,是同一家族工件最经济的生产方案;单

件加工的投资成本低。

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技術參數



加工範圍

HG
2

HG
204

HG
208
工件最大直徑 mm 160 160 200
工件最大長度 mm 400 650 800
砂輪直徑 600 600 600
X軸行程 mm 380 380 380
Z軸行程 mm 1000 1000 1600


利豐行著重於表面處理之前後製程技術,提供客戶individual &
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