流體靜壓主軸的特點、優(yōu)勢與應用
2021.02.04超精密加工技術標志著一個國家的制造水平,因為許多尖端設備需要超精密加工來完成,而主軸作為機床關鍵功能部件對超精密加工質(zhì)量和加工精度起著決定作用。
目前市場上機床主軸應用較多的有:滾動軸承主軸、靜壓軸承主軸和動靜壓軸承主軸等。在傳統(tǒng)加工中,由于滾動軸承有效減少了摩擦損耗,提高了加工精度,因此得到廣泛的使用。但隨著加工精度的不斷提高,滾動軸承的缺點開始顯現(xiàn)出來,在超精密加工機床中主軸需要高速運轉(zhuǎn),滾動軸承中滾動體與內(nèi)圈、外圈和保持架之間的滾動摩擦會產(chǎn)生大量的熱,使?jié)L珠軸承失效,因此滾珠軸承在超精密加工中的應用空間越來越小。
流體靜壓主軸的出現(xiàn)使超精密加工精度得到了進一步的提高,在超精密加工中得到廣泛使用。流體靜壓主軸分為空氣靜壓主軸、液體靜壓主軸(潤滑劑分為油和水)。
空氣靜壓主軸
空氣靜壓主軸,用高壓氣體將主軸浮起,在主軸和軸套之間形成氣膜,從而避免了主軸和軸套之間的直接接觸,消除了主軸和軸承之間的摩擦損失,保證了加工精度??諝忪o壓主軸具有很多優(yōu)點:由于空氣粘度低,摩擦阻力小,即使主軸高速旋轉(zhuǎn),由空氣內(nèi)部粘滯力造成的溫升也很小,故不需要考慮溫升問題,這點優(yōu)于液體靜壓主軸;由于氣膜具有均化效應,故空氣靜壓軸承運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動?。粴怏w做潤滑劑,清潔度高、無污染,改善加工環(huán)境;噪音小。但是相對承載能力小、剛度低是空氣靜壓主軸最大的弊端,這個不足限制了空氣靜壓主軸加工系統(tǒng)精度的進一步提高。
液體靜壓主軸
液體靜壓主軸采用液體靜壓軸承作為支承件,依靠外部供油系統(tǒng)強制地將潤滑油注入產(chǎn)生壓力油膜,用壓力油膜分隔相對運動的運動件和支承件,實現(xiàn)了全液體摩擦,具有以下優(yōu)點:
1、靜壓主軸和軸承在靜止和工作狀態(tài)均由油膜隔開,軸頸始終處于懸浮狀態(tài),與軸承無接觸無金屬之間的直接接觸,系統(tǒng)阻力僅為潤滑油本身粘性阻力,避免了摩擦產(chǎn)生的溫升和變形,溫度分布較均勻,熱膨脹問題不如動壓軸承嚴重,具有很高的壽命(只要在正常使用情況下,靜壓主軸壽命幾乎可以高達十年以上免更換),且啟動轉(zhuǎn)矩幾乎為零,更加節(jié)能;
2、全油膜平均承受外載荷,可以均化外形上的誤差,通常由靜壓軸承運動產(chǎn)生的誤差只有普通軸承誤差的1/3,故具有較高的旋轉(zhuǎn)精度;
3、流動的高壓潤滑油,可充當冷卻劑,降低主軸的溫升,油壓膜具有良好的阻尼效果。
因具有高精度、高剛度、高吸振性和長壽命等性能優(yōu)勢,液體靜壓主軸已在高速精密/超精密機床領域獲得廣泛應用。
1、用于車削加工,硬車削、單點金剛石車削、精密車床,江蘇領臣生產(chǎn)的流體靜壓車削主軸,回轉(zhuǎn)精度最高可達0.1um,最高轉(zhuǎn)速4000rpm,額定扭矩43Nm。
江蘇領臣 流體靜壓車削主軸
2、用于磨削加工,內(nèi)圓磨床、軸承磨床,江蘇領臣生產(chǎn)的流體靜壓磨用主軸,回轉(zhuǎn)精度最高可達0.1um,最高轉(zhuǎn)速60000rpm,油粘度VG2。
江蘇領臣 流體靜壓磨用主軸
液體靜壓主軸與動靜壓主軸的區(qū)別與優(yōu)缺點
液體靜壓主軸是利用外部油源產(chǎn)生承載能力的油膜軸承,動靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動壓和靜壓軸承的優(yōu)點,又克服了兩著缺點的新型多油楔油膜軸承。它利用靜壓軸承的節(jié)流原理,使壓力油腔中產(chǎn)生足夠大的靜壓軸承載力,從而克服了液體動壓軸承啟動和停止時出現(xiàn)的干摩擦造成主軸與軸承磨損現(xiàn)象,提高了主軸和軸承的使用壽命及精度保持性;軸承油腔大多采用淺腔結構,在主軸啟動后,依靠淺腔階梯效應形成的動壓承載力和靜壓承載力疊加,大大地提高了主軸承載能力,而多腔對置結構又大地增加了主軸剛度;高壓油膜的均化作用和良好的抗振性能,保證了主軸具有很高旋轉(zhuǎn)精度和運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。它既利用靜壓原理克服了動承的主軸與軸瓦接觸磨損問題,又利用了動壓原理克服了靜承的主軸漂移、油膜剛性不足的問題。
動靜壓主軸是靜壓主軸的發(fā)展方向,但是各有優(yōu)勢,應用領域也不同。動靜壓主軸只能單向旋轉(zhuǎn),剛度好;液體靜壓主軸可以雙向旋轉(zhuǎn),精度高,要根據(jù)不同的機床、不同的參數(shù)要求選用最合適的主軸。
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LINCH是一家集科研、制造、銷售為一體,專業(yè)提供全套流體靜壓軸承系統(tǒng)的高科技公司,特色產(chǎn)品為流體靜壓主軸,具有回轉(zhuǎn)精度高、剛度大、抗振性好、精度壽命長的特點,主要用于高效率、高轉(zhuǎn)速、高精度數(shù)控加工設備。
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