机床主轴设计及相关技术研究开题报告
7页1、毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计课题情况,根据所查阅的文献资料,撰写2000字左右的文献综述: 文 献 综 述1.1国内外机床主轴研究现状 (1)国内研究现状 目前国内研究高速电主轴的科研机构有我国河南省洛阳轴承研究所 ,他们能自行研究开发电主轴 ,其DmN值达到了很高的水平 ;广州钜联高速电主轴有限公司研发的大功率静压轴承电主轴曾获得日内瓦国际专利技术博览会金奖 ;广东工业大学高速加工和机床研究所也开发了数控铣床高速电主轴。其主要技术指标为 :电主轴的额定功率是 13.5kW ,最高转速为 180 0 0r/min ,在额定转速 5 0 0r/min时产生最大输出转矩为 85Nm。在我国的安阳市 ,有一家中外合资的电主轴生产厂家安阳莱必泰机械有限公司 ,它拥有先进的电主轴、机床主轴设计和制造技术。该公司研制生产的加工中心电主轴 ,采用先进技术 ,配有矢量闭环控制系统 ,能对主轴实行恒功率调速 ,准停制动。功率为 3.7 2 5kW ,恒功率段 15 0 0 12 0 0 0r/min。采用进口高速精密轴承 ,旋转件经高精度平衡。该系列产品具有高精度、高刚度、高速度、低噪声
2、、低振动、低温升等优点 ,系99国家火炬计划项目。 (2)国外研究现状 国外高速电主轴技术由于研究较早 ,技术水平也处于领先地位 ,电主轴已越来越多地应用到工业制造业中。著名的有瑞士的Fisher公司、Ibag公司、德 国的GMN公司、Hofer公司、Siemens公司、意大利Faemat公司、Gamfior公司及美国Ingersoll公司、日本Okuma公司和Fanuc公司等,它们的技术水平代表了这个领域的世界先进水平。这些公司生产的电主轴较之国内生产的有以下几个特点 :功率大、转速高。采用高速、高刚度轴承。国外高速精密主轴上采用高速、高刚度轴承 ,主要有陶瓷轴承和液体动静压轴承 ,特殊场合采用空气润滑轴承和磁悬浮轴承。精密加工与精密装配工艺水平高。配套控制系统水平高。这些控制系统包括转子自动平衡系统、轴承油气润滑与精密控制系统、定转子冷却温度精密控制系统、主轴变形温度补偿精密控制系统等。并在此基础之上,这些外国厂家如美国、日本、德国、意大利和瑞士等工业发达国家已生产了多种商品化高速机床。如瑞士米克朗公司 ,就是世界上著名的精密机床制造商。它生产的机床配备最高达 6 0 0 0 0r
3、/min的高速电主轴 ,可以满足不同的切削要求 ,所有的电主轴均装有恒温冷却水套对主轴电机和轴承进行冷却 ,并通过高压油雾对复合陶瓷轴承进行润滑。所有的电主轴均采用矢量控制技术 ,可以在低转速时输出大扭矩。国产电主轴和国外产品相比较 ,无论是性能、品种和质量都有较大差距 ,国产电主轴产品和国外的相比较 ,主要存在以下差距 :(1)国外电主轴低速段的输出扭矩最大可达 30 0Nm ,而我国目前仅在 10 0Nm以内。(2 )在高转速方面 ,国外用于加工中心的电主轴转速已达 75 0 0 0r/min ,我国则多在15 0 0 0r/min以内。(3)电主轴的轴承润滑 ,国外普遍采用油气润滑 ,而我国仍用油脂润滑。(4 )其他配套技术也有较大差距 ,如主轴电机矢量控制、交流伺服控制技术、精确定向技术、快速启动、停止等。(5 )在产品的品种、规格、数量和制造规模等方面 ,国产电主轴仍然处于小量研发试制阶段 ,没有形成系列化、专业化 ,远不能满足国内数控机床和加工中心发展的需求。所以目前国产的高转速、高精度数控机床和加工中心所用的电主轴 ,仍然主要从国外进口。1.2主轴技术的发展趋势1)继续向
4、高速度、高刚度方向发展由于高速切削和实际应用的需要,随着主轴轴承及其润滑技术、精密加工技术、精密动平衡技术、高速刀具及其接口技术等相关技术的发展,数控机床用电主轴高速化已成为目前发展的普遍趋势,如钻、铣用电主轴,瑞士IBAG的HF42的转速达到140000rmin,英国WestWind公司的PCB钻孔机电主轴D1733更是达到了250000rmin;加工中心用电主轴,瑞士FISCHER最高转速达到42000rmin,意大利CAMFIOR达到了75000rmin。在电主轴的系统刚度方面,由于轴承及其润滑技术的发展,电主轴的系统刚度越来越大,满足了数控机床高速、高效和精密加工发展的需要。2) 向高速大功率、低速大转矩方向发展根据实际使用的需要,多数数控机床需要同时能够满足低速粗加工时的重切削、高速切削时精加工的要求,因此,机床电主轴应该具备低速大转矩、高速大功率的性能。如意大利CAMFIOR、瑞士StepTec、德国GMN等制造商生产的加工中心用电主轴,低速段输出转矩到200Nm以上的已经不是难事,德国CYTEC的数控铣床和车床用电主轴的最大扭矩更是达到了630Nm;在高速段大功率方面,一
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