高速主軸期末報告
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高速主軸期末報告. 組長 : 紀世麒 D9401008 組員 : 陳俊佑 D9401002 洪聖凱 D9401009 林聖宏 D9401023 張金泉 D9401026. ㄧ . 高速主軸摘要說明 :. 由於高速切削長期的研究,使得相關技術如高速主軸、控制器、刀具材料有著顯著的進步,也漸促使高速切削達到實用的地步。高速切削為高轉速、淺切深、高進給的加工方式,對於高速切削,加工參數由不同的加工材料而有不同的切削參數選擇,適當的加工參數可以得到適合的加工光度。不同的切削參數所導致的切削力、切削溫度不盡相同,也因此所得到的加工品質也不一樣。.

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高速主軸期末報告

組長:紀世麒 D9401008

組員:陳俊佑 D9401002

洪聖凱 D9401009

林聖宏 D9401023

張金泉 D9401026


.高速主軸摘要說明:

由於高速切削長期的研究,使得相關技術如高速主軸、控制器、刀具材料有著顯著的進步,也漸促使高速切削達到實用的地步。高速切削為高轉速、淺切深、高進給的加工方式,對於高速切削,加工參數由不同的加工材料而有不同的切削參數選擇,適當的加工參數可以得到適合的加工光度。不同的切削參數所導致的切削力、切削溫度不盡相同,也因此所得到的加工品質也不一樣。


高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。.元件使用說明

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15-1031B-1-D9401026高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1011A-D9401008高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1014-D9401023高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1022A-D9401008高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1019-D9401009高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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hw-2 15-1034-D9401009高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1038A-D9401026高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1043-D9401008高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1044-D9401009高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1051-D9401008高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1053-D9401002高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1036A-D9401026高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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hw-3 15-1054-D9401008高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1055A-D9401023高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1058-D9401023高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


15 1059a d9401026
15-1059A-D9401026高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1060A-D9401026高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1063-D9401002高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1066-D9401009高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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hw-4 15-103A-D9401023高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1021-D9401008高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1050-D9401002高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-1052-D9401009高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


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15-10-D9401026高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。


高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。.工具機結構或作動說明

主要用來切削迴轉類零件的數控機床稱為數控車床。 數控車床集中了普通臥式車床、轉塔車床、多刀車床、自動和半自動車床等車削功能,是數控機床中應用最廣的品種之一。(一)數控機床的性能特點

數控機床與普通機床相比,增加了功能,提高了效率,簡化了機械結構。其性能對比如表 1-1 所示。


高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。1-1 數控機床與普通機床的相比


(高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。二)數控機床的結構特點

數控機床與同類的普通機床在外形結構上雖然大體相似,但其內部結構卻有很大的差異。 為了保證穩定的加工質量,提高加工能力和切削效率等,在數控機床的結構設計中,必須具備如下特點:

1.結構剛度高、抗振性好 有標準規定數控機床的剛度係數應比類似的普通機床高 50% 。 從提高數控機床抗振性角度出發,應減少機床內部振源,提高靜態剛度,增加構件或結構的阻尼以達到抑制振動產生的目的。


2.高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。採取消除傳動齒輪側隙的措施 數控機床進給系統的傳動齒輪副中若存在側隙,在開環系統中則會造成進給運動的位移值滯後於指令值;反向運動時,則會出現反向死區,影響加工精度。在閉環系統中,雖然側隙帶來的滯後量可以得到反饋信號的補償,但反向時會使伺服系統產生振盪而不穩定。為了提高數控機床伺服系統的性能,在設計時必須採取相應措施,使側隙減小到允許的範圍內,圖 1-3 所示為圓柱齒輪傳動側隙消除方法。


(1)高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。偏心軸套調整法(圖 1-3 ( a ))利用偏心環 2 縮小兩個嚙合齒輪中心距的方法來消除圓柱齒輪正反轉時的齒側隙。

圖1-3(a)  圖1-3(b)

(2)軸向墊片調整法(圖 1-3 ( b ))將嚙合齒輪的節圓直徑沿著齒寬方向製成稍有錐度,這樣就可有軸向墊片 3 使齒輪軸向移位來消除其齒側隙。


(3)高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。雙片薄齒輪調整法(圖 1-3 ( c ))兩個嚙合著的圓柱齒輪,一個製成寬齒輪,另一個有兩片能相對轉位的薄齒輪組成,再附加某些措施使寬齒輪的齒面兩側分別與兩薄片齒輪的不同齒側貼緊。 這樣利用錯齒消除齒側隙,反向時就不會出現死區。

圖1-3(c)


(4)高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。採用傳動效率很高的精密滾珠絲槓螺母副圖 1-4 所示為滾珠絲槓螺母副。它是迴轉運動與直線運動相互轉換的傳動機構,由絲槓a、螺母b和其間的滾珠c組成。在絲槓a和螺母b上都有圓弧形的螺旋槽,這兩個圓弧形的螺旋槽對起來就形成螺旋滾道,在滾道內裝有許多滾珠c。當絲槓a迴轉時,滾珠c相對於螺母b上的滾道按箭頭d方向滾動。 因此,絲槓a於螺母b之間基本上是滾動摩擦。沿著迴路管道重新返回到滾道另一端,以進行循環不斷的流動。


為了防止滾珠從螺母中掉出來,在螺母高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。b的螺旋槽兩端應有擋珠器擋住,並有迴路管道使它的兩端連接起來,使滾珠c從螺旋槽的一端滾出螺母體後,沿著迴路管道重新返回到滾道另一端,以進行循環不斷的流動。

圖 1-4 滾珠絲槓螺母副


(5)高速切削除了硬體關鍵技術的配合外,軟體方面亦需相對的搭配應用,才能將硬體的效益發揮的淋漓盡致,達到事半功倍的效果。高速切削的刀具路徑規畫需要考慮到的部份很多,諸如高速切削為高速進給的加工方式、高速切削下切削宜保持恆定的切屑負荷等。高進給速度是高速加工得以提昇加工效率的一大原因,但是加速、減速間仍一定耗費時間,此情況說明在越高速的進給下時間比例佔差異愈形顯著。此外在路徑彎折處,刀具必須快速減速並且轉向在加速,此時很容易因為機台剛性不夠造成震動而影響表面品質。採用了摩擦係數很小的滾動導軌副 如圖 1-5 、圖 1-6 滾動導軌副是在導軌工作面之間放置滾珠、滾柱或滾針等滾動體,形成滾動摩擦。其摩擦係數小,動靜摩擦力相差很小 運動輕便靈活,所需功率小,摩擦發熱少,磨損小,精度保持性好,移動精度和定位精度都較高。

圖 1-5 滾珠導軌副 圖 1-6 滾柱導軌副


目前在數控機床中普遍採用滾動導軌支撐塊結構,並且已經做成獨立的標準組件目前在數控機床中普遍採用滾動導軌支撐塊結構,並且已經做成獨立的標準組件。圖 1-7 為滾動導軌支撐塊結構。 其結構特點是剛度高,承載能力大,便於拆裝,可直接裝在任意行程長度的運動部件上。

1-7 滾動導軌支撐塊


(6)目前在數控機床中普遍採用滾動導軌支撐塊結構,並且已經做成獨立的標準組件採用了性能優良的主軸調速電機 如直流或交流主軸電動機,見圖 1-8。這類電機有以下特點:輸出功率大,恆功恆功率輸出的速度範圍寬、在大的調速範圍內速度穩定,在斷續負載下電動機轉速波動小,升降速時間短,電機溫升低,振動、噪聲小,過載能力強,可靠性高,壽命長,安裝維護方便等。現代數控機床更是向高速、高精度方向發展,為此,其主軸和電機常採用一體化設計——電主軸,見圖 1-9。


目前在數控機床中普遍採用滾動導軌支撐塊結構,並且已經做成獨立的標準組件1-8 交流伺服電動機圖1-9 電主軸

(7)採用了增大功率的伺服進給電動機和先進刀具,以滿足高速,強力切削的要求。


(目前在數控機床中普遍採用滾動導軌支撐塊結構,並且已經做成獨立的標準組件三)五數控車床結構剖析

目前使用的數控車床分為兩大類:數控立式車床,數控臥式車床。 CINCINNATI21i/210is — TA 為具有先進的斜床身式數控車床。 其結構圖如圖 1-10 所示。 其整體佈局見圖 1-11 。

圖 1-10 斜床身式數控車床


目前在數控機床中普遍採用滾動導軌支撐塊結構,並且已經做成獨立的標準組件1-11 CINCINNATI21i/210is — TA 佈局

1.床身結構 CINCINNATI21i/210is — TA 採用了特殊設計的 45 °斜式床身,作為機床的基礎部件。 主電機、主軸箱、刀架、尾架、數控裝置等安裝在床身上。


2目前在數控機床中普遍採用滾動導軌支撐塊結構,並且已經做成獨立的標準組件.主軸箱和主軸 CINCINNATI21i/210is — TA 主軸箱內僅有一根主軸,通過皮帶與伺服電機直接連接,無齒輪傳動,可避免傳動件發熱和振動對加工精度的影響。

主軸設計上對各裝配過程的技術要求都一一量化,如重要緊固螺釘的緊固力矩、重要軸承所加潤滑油的體積和裝配前的預熱度、皮帶的張力等等。刀具的夾緊裝置有電動、液動和氣動三種:( 1 )電動的簡單、靈活;( 2 )液動的複雜,夾緊力大;( 3 )氣動的方便、靈活、結構簡單。

CINCINNATI21i/210is — TA 採用液動夾緊裝置。


3目前在數控機床中普遍採用滾動導軌支撐塊結構,並且已經做成獨立的標準組件.刀架:

CINCINNATI21i/210is — TA 採用有 12 個刀位的轉塔式刀架,為內外徑共用刀架,每個刀具位置均可安裝內徑刀或外徑刀。 轉塔刀架各刀座之間方向、位置經嚴格計算,保證在加工與轉位中不發生刀具之間的碰撞與乾擾。 圖 1-12 為轉塔刀架圖。

圖 1-12 轉塔刀架


4目前在數控機床中普遍採用滾動導軌支撐塊結構,並且已經做成獨立的標準組件.進給系統CINCINNATI21i/210is — TA X 、 Z 軸進給都採用伺服電機與滾珠絲槓直接相連、無帶傳動或齒輪傳動,避免了側隙及振動,使精度大為提高。 滾珠絲槓螺母副精度高,而且耐用性好,摩擦係數小,無爬行現象,定位精度高、壽命長。

5.伺服系統

數控車床伺服系統多采用無刷直流電動機或交流電動機,目前調頻異步交流電動機已佔優勢。 它與直流電動機相比,由於無電刷,而結構簡單,工作可靠。 伺服系統見圖 1-13。


目前在數控機床中普遍採用滾動導軌支撐塊結構,並且已經做成獨立的標準組件1-13 數控機床伺服傳動系統

6.控制系統CINCINNATI21i/210is — TA 採用日本 FANUC 控制系統,具有彩色顯示,各種指標顯示及故障報警系統。

7.潤滑系統導軌副及滾珠絲槓,在運動中必須要適量的潤滑油來潤滑,以減小摩擦,帶走熱量。


目前在數控機床中普遍採用滾動導軌支撐塊結構,並且已經做成獨立的標準組件.主軸架構介紹

(一)刀具系統與拉刀機構

一般工具機拉刀機構大致

可區分為四大部分:刀把

扣爪、提供拉刀力之盤型

彈簧、拉刀力放大裝置及

鬆刀油壓缸,如圖2-5 所

示。刀把扣爪部分之功用

是對刀把進行拉刀以及鬆

刀之動作,而扣爪的形式也會


因刀把的不同而有不同,諸如目前在數控機床中普遍採用滾動導軌支撐塊結構,並且已經做成獨立的標準組件BT 刀把、HSK 刀把等,如圖2-6 所示。當主軸進行切削時,此扣爪需閉合而將刀把之拉桿扣緊,經由盤型彈簧所提供的拉刀力將刀把固定於主軸前端錐孔內,如需換刀則將扣爪鬆開使刀把脫離斜錐孔即可。一般常用者有鋼珠式扣爪及刀瓣式扣爪,如圖2-7 所示。

(a)鋼珠式 (b)瓣爪式


盤型彈簧是主軸拉刀力的來源,一般受限於主軸的空間大小,而在有限的行程下,提供拉刀力的彈性體必須能夠具有較大的彈簧力以挾持刀具,因盤型彈簧可藉由不同的堆疊方式產生各種不同力量,所以傳統上拉刀機構皆選以盤型彈簧安裝於心軸來提供拉刀力。盤型彈簧是主軸拉刀力的來源,一般受限於主軸的空間大小,而在有限的行程下,提供拉刀力的彈性體必須能夠具有較大的彈簧力以挾持刀具,因盤型彈簧可藉由不同的堆疊方式產生各種不同力量,所以傳統上拉刀機構皆選以盤型彈簧安裝於心軸來提供拉刀力。

放大裝置是近年來為使主軸小型化,故在拉刀機構中安裝一利用鋼珠和斜面的放大機構(約2~3倍),在合乎所需拉刀力前提下,使盤型彈簧串聯的長度縮短,則主軸的長度也可減少,而達到主軸小型化之目的。


油壓缸部分是為了在換刀時,由於盤型彈簧所提供的拉刀力為數百或數仟油壓缸部分是為了在換刀時,由於盤型彈簧所提供的拉刀力為數百或數仟Kgf,所以必須利用油壓缸來產生比拉刀力的大的鬆刀力,將刀把推出斜錐孔,以利換刀。

(二)氣浮高速主軸拉刀機構

氣浮高速主軸之拉刀機構位於主軸的核心,是其關鍵性組件之一,與工具機拉刀機構相同,它是藉由盤型彈簧的壓縮變形來提供拉刀力,使得夾頭能夠有足夠力量將刀具固定於夾頭上,需要換刀時,利用液壓或氣壓打刀單元提供打刀力完成換刀。與工具機主軸不同地方是氣浮主軸較小,且所需之拉刀力亦較小,所使用的盤型彈簧尺寸亦比工具機主軸小。


在氣浮主軸拉刀機構中的拉刀推桿是負責傳遞拉刀力量的元件,在推桿下方有螺紋,與刀具夾頭連接,當盤型彈簧提供在氣浮主軸拉刀機構中的拉刀推桿是負責傳遞拉刀力量的元件,在推桿下方有螺紋,與刀具夾頭連接,當盤型彈簧提供

拉刀力時,透過拉刀推桿將刀具夾頭所挾持住的刀具往上移,以達到拉刀之目的。刀具夾頭在氣浮主軸拉刀機構中負責夾取刀具,在夾頭內部有螺紋,而將夾頭鎖於拉刀推桿下方;當拉刀推桿受拉刀力而向上拉升,夾頭則利用本身的斜錐面與刀把定位夾頭的斜錐孔間的幾何關係作鬆緊動作,來完成換刀及拉刀。


刀具夾頭的功用如同工具機的刀把,然而工具機的刀把需透過扣緊裝置將刀把抓緊,但在氣浮主軸拉刀機構中的夾頭是鎖緊於推桿上,故並無刀把脫落之顧慮,只需刀具夾頭的功用如同工具機的刀把,然而工具機的刀把需透過扣緊裝置將刀把抓緊,但在氣浮主軸拉刀機構中的夾頭是鎖緊於推桿上,故並無刀把脫落之顧慮,只需

將刀具夾緊於夾頭上,作切削工件之動作,而各個元件的相對位置可參考圖2-8所示。盤型彈簧、拉刀推桿、刀具夾頭、刀把定位夾頭等元件的圖形請分別參考附錄二與附錄七所示。


刀具夾頭的功用如同工具機的刀把,然而工具機的刀把需透過扣緊裝置將刀把抓緊,但在氣浮主軸拉刀機構中的夾頭是鎖緊於推桿上,故並無刀把脫落之顧慮,只需2-8 氣浮高速主軸組合圖


由以上之描述,可知一般傳統工具機之拉刀機構與氣浮高速主軸拉刀機構之間的差異為:

1.因工具機與氣浮主軸對於拉刀力的需求不同,故所使用之盤型彈簧尺寸及並串方式不同。

2.在工具機拉刀機構中有使用倍力裝置將拉刀力以倍數放大,減少盤型彈簧之疊數使主軸小型化;而氣浮主軸拉刀機構本身尺寸及拉刀力皆較小,倍力裝置之需求性不高。


3. 刀具扣緊裝置的作動方式不同,工具機的扣緊裝置是用於抓緊刀把;而氣浮主軸拉刀機構的刀把已鎖緊於推桿上,僅需夾取刀具。

4.工具機主軸與氣浮高速主軸的轉速相差甚大,一般工具機主軸的轉速約為3~5萬轉,而氣浮高速主軸的轉速可達12 萬轉,其離心力對相關組件之影響亦不同。

5.一般工具機主軸所使用的軸承為滾珠式軸承,而氣浮高速主軸所使用的軸承型式為氣浮式軸承;就剛性而言,工具機主軸所使用的滾珠式軸承的剛性較氣浮高16夾頭拉刀推桿速主軸所使用的氣浮式軸承高,故工具機主軸可切削硬度較大的金屬材料工件,而氣浮高速主軸只可切削硬度較軟的材質,如電路板(PCB)、銅片… 等。


( 三)冷卻系統

1.引言

資訊產業是現代經濟的先導產業。而以積體電路為核心的電子元器件是資訊產業的基礎;劃片機是積體電路產業中分割IC晶片(wafer)電路單元(die)的精密切割設備;是電子元器件微型化的瓶頸。劃片機的切割機理是強力磨削,氣靜壓電主軸正是帶動金剛石外圓刀具高速旋轉(3 000~60 000 r/min)切割(強力磨削)晶片的部件,其熱態特性、剛性、軸線旋轉精度等動靜態特性決定著電子元器件的品質。


氣靜壓電主軸的徑向、軸向跳動均小於 3μm,而在實際工作中發現,由於主軸發熱造成的熱變形量可大於10μm,熱變形是影響主軸精度的最主要因素。因此,研究主軸的冷卻情況,並採取適當的措施恒定主軸的散熱係數,減小由主軸熱變形造成的加工誤差,是劃片機研究的重要內容。

2.氣靜壓電主軸的冷卻

劃片機氣靜壓電主軸的冷卻系統如圖1所示。電主軸冷卻主要通過3種方式實現:一是主軸電機冷卻水流過電機定子冷卻套對主軸電機強制冷卻;二是切割冷卻水在流經主軸和沖洗刀具時帶走熱量;三是空氣軸承排氣時的散熱。



劃片機工作時,氣靜壓電主軸由於內置電機的功率損耗發熱及空氣軸承氣膜的剪切摩擦發熱,主軸的溫度總是比環境溫度高。熱量總是從高溫處向低溫處傳遞,這就是傳熱。傳熱有熱傳導、對流和輻射劃片機工作時,氣靜壓電主軸由於內置電機的功率損耗發熱及空氣軸承氣膜的剪切摩擦發熱,主軸的溫度總是比環境溫度高。熱量總是從高溫處向低溫處傳遞,這就是傳熱。傳熱有熱傳導、對流和輻射3種基本的方式,在這3種基本的傳熱方式的作用下電主軸與周圍環境進行熱交換。轉子產生的熱量一部分通過導熱直接傳遞給主軸和空氣軸承,另一部分通過對流及輻射傳遞給定子;定子產生的熱量一部分通過流經定子冷卻套的主軸電機冷卻水進行熱對流,另一部分通


過對流和輻射傳遞給定子周圍的空氣;空氣軸承氣膜的剪切摩擦產生的熱量,一部分通過壓縮空氣進行對流換熱,另一部分傳遞給主軸外殼。電主軸的各外表面則與周圍的空氣進行對流和輻射換熱。氣靜壓電主軸的熱傳遞示意圖如圖過對流和輻射傳遞給定子周圍的空氣;空氣軸承氣膜的剪切摩擦產生的熱量,一部分通過壓縮空氣進行對流換熱,另一部分傳遞給主軸外殼。電主軸的各外表面則與周圍的空氣進行對流和輻射換熱。氣靜壓電主軸的熱傳遞示意圖如圖2所示,箭頭代表熱量傳遞的方向。


3.過對流和輻射傳遞給定子周圍的空氣;空氣軸承氣膜的剪切摩擦產生的熱量,一部分通過壓縮空氣進行對流換熱,另一部分傳遞給主軸外殼。電主軸的各外表面則與周圍的空氣進行對流和輻射換熱。氣靜壓電主軸的熱傳遞示意圖如圖氣靜壓電主軸熱傳遞研究

3-1主軸電機冷卻水對流換熱係數

電機定子和主軸電機冷卻水之間的熱交換屬管內流體強迫對流換熱,主軸電機冷卻水流過電機定子冷卻套時將熱量帶走。冷卻水在管中的不同流態具有不同的換熱規律,所用的換熱係數計算公式也不相同。為此必須先算出雷諾數Re以判別流態,然後選用相應的公式計算[1]。工程計算時常以臨界雷諾數區分層流和紊流。Re數是一個無量綱的量,被用作層流和紊流的判據,定義為:


式中:過對流和輻射傳遞給定子周圍的空氣;空氣軸承氣膜的剪切摩擦產生的熱量,一部分通過壓縮空氣進行對流換熱,另一部分傳遞給主軸外殼。電主軸的各外表面則與周圍的空氣進行對流和輻射換熱。氣靜壓電主軸的熱傳遞示意圖如圖D為幾何特徵的定型尺度,u為流體的特徵速度,v為流體的運動黏度,f為下標,表示以流體的平均溫度為定性溫度,以管徑D為定型尺寸。當流體處於紊流狀態時,採用下式計算努謝爾特數Nuf:

層流時對流換熱熱阻較大,換熱係數遠比紊流時小。當流體處於層流狀態時,採用下式計算努謝爾特數:


式中:過對流和輻射傳遞給定子周圍的空氣;空氣軸承氣膜的剪切摩擦產生的熱量,一部分通過壓縮空氣進行對流換熱,另一部分傳遞給主軸外殼。電主軸的各外表面則與周圍的空氣進行對流和輻射換熱。氣靜壓電主軸的熱傳遞示意圖如圖

L為主軸電機冷卻水套水流動管的長度。普朗多准數反映流體物性,其運算式如下:

式中:cp為流體的比熱;ρ為流體的密度;v為流體的黏度:λ為流體導熱係數。

由Nu數即可求出管內流體強迫對流換熱係數a:


3過對流和輻射傳遞給定子周圍的空氣;空氣軸承氣膜的剪切摩擦產生的熱量,一部分通過壓縮空氣進行對流換熱,另一部分傳遞給主軸外殼。電主軸的各外表面則與周圍的空氣進行對流和輻射換熱。氣靜壓電主軸的熱傳遞示意圖如圖.2轉子端部的熱傳遞

電動機轉子所產生的熱量,一部分通過氣隙傳遞給定子,由定了通過主軸電機冷卻水將熱量導出;一部分傳遞給主軸和空氣軸承,通過空氣軸承的排氣將熱量導山;還有部分通過端部傳入周圍的空氣。當定、轉子氣隙中的氣體處在純層流狀態時,熱量是通過純導熱由一個表面傳到另一個表面,並且熱交換強度不取決於轉速。轉子端部與周同空氣進行對流換熱和輻射換熱。


換熱係數用下式表示過對流和輻射傳遞給定子周圍的空氣;空氣軸承氣膜的剪切摩擦產生的熱量,一部分通過壓縮空氣進行對流換熱,另一部分傳遞給主軸外殼。電主軸的各外表面則與周圍的空氣進行對流和輻射換熱。氣靜壓電主軸的熱傳遞示意圖如圖[2]:

式中:Vt為轉子端部的周向速度。

3.3切割冷卻水流過主軸時的熱傳遞

在劃片機的上作過程中,切割冷卻水的消耗量0.2~4 L/min。在功率管、電晶體、光電子等器件的分割中切割冷卻水均採用自來水。而自來水的溫度受環境的影響、且切割過程通水而對準過程中不通水。這些小確定因素對主軸熱變形的影響巨大。切割冷卻水的換熱係數計算過程基本與主軸電機冷卻水的計算過程相同。


3過對流和輻射傳遞給定子周圍的空氣;空氣軸承氣膜的剪切摩擦產生的熱量,一部分通過壓縮空氣進行對流換熱,另一部分傳遞給主軸外殼。電主軸的各外表面則與周圍的空氣進行對流和輻射換熱。氣靜壓電主軸的熱傳遞示意圖如圖.4空氣軸承排氣時的熱傳遞

主軸旋轉時空氣軸承氣隙中有軸向流動的氣體,同時存在著氣膜的剪切,熱交換的情況比較複雜。假設壓縮空氣從噴嘴沖出時為自由射流,動量沿流動方向保持不變,為出口動量值。根據動量不變原理,可計算出壓縮空氣作用於軸承的實際空氣流量[3]。壓縮空氣從噴嘴噴出向軸承噴射,使軸承有一個附加的軸向氣流。軸向氣流在轉軸與軸承間的流動面積為:Aax=2πdmΔh (7)式中:Aam為氣流流過軸承面積,dm軸承平均直徑,Δh為軸承氣隙。


主軸高速旋轉時,周圍空氣可在主軸的旋轉部位產生軸向和切向氣流,軸向和切向氣流的平均速度可由下式計算:主軸高速旋轉時,周圍空氣可在主軸的旋轉部位產生軸向和切向氣流,軸向和切向氣流的平均速度可由下式計算:

式中:dm為軸承平均直徑,w為主軸旋轉角速度,V1軸承的耗氣量。傳熱係數是主軸速度和壓力氣流量的函數,可用一個簡單的多項式函數來擬合傳熱係數:

式中:c0、c1、c2是由實驗測得的常數。


C0主軸高速旋轉時,周圍空氣可在主軸的旋轉部位產生軸向和切向氣流,軸向和切向氣流的平均速度可由下式計算:、c1、c2的擬合值可通過比較在不同的主軸速度和空氣流量下軸承的穩態溫度來獲得。C0、c1、c2可分別取為9.7、5.33、0.8。

3.5氣靜壓電主軸與周圍環境間的熱傳遞

劃片機工作過程中,主軸和周圍空氣之間進行對流傳熱的同時還產生輻射傳熱。電主軸殼體(前殼體、後殼體、後蓋)與周圍的空氣之間的傳熱方式為自然對流換熱,其傳熱係數同時反映了輻射傳熱的影響。


3主軸高速旋轉時,周圍空氣可在主軸的旋轉部位產生軸向和切向氣流,軸向和切向氣流的平均速度可由下式計算:.5.1主軸靜止表面周圍環境間的熱傳遞

如果周圍環境中的其他物體和空氣具有相同的溫度時,則複合傳熱的傳熱係數為:As=ac+ar (10)

式中:ac為對流換熱係數,ar為對流換熱係數。根據文獻[4]中靜止表面與周圍空氣之間的傳熱計算結果,取複合傳熱係數以=9.7 w/(m2·℃)。


3主軸高速旋轉時,周圍空氣可在主軸的旋轉部位產生軸向和切向氣流,軸向和切向氣流的平均速度可由下式計算:.5.2主軸旋轉表面與周圍環境間的熱傳遞

主軸高速旋轉時,周圍空氣可在主軸的旋轉部位產生軸向和切向氣流,軸向和切向氣流的平均速度可由下式計算:

式中:ds以為旋轉表向的平均直徑,n為卡軸旋轉速度。

傳熱係數是主軸速度的函數,可用式(9)計算。


4.主軸高速旋轉時,周圍空氣可在主軸的旋轉部位產生軸向和切向氣流,軸向和切向氣流的平均速度可由下式計算:具體算例

本節以80×D40 Q型氣靜壓電主軸為具體算例,用第2節推導的公式計算主軸電機冷卻水、切割冷卻水、空氣軸承排氣、轉子端部、主軸外表面的熱傳遞係數。用熱傳遞係數圖表示出各部分換熱係數與冷卻水流量及主軸轉速的關係。

4.1主軸電機冷卻水對流換熱係數

電機定子用主軸電機冷卻水來進行強制冷卻。80×D40 Q型氣靜壓電主軸的主軸電機冷卻水的環形冷卻水道外徑為72 mm,內徑為64 mm,長度為36 mm。根據實際尺寸可計算出截面積A為 0.000854 m2。


主軸電機冷卻水存冷卻水道中的平均流速為:主軸高速旋轉時,周圍空氣可在主軸的旋轉部位產生軸向和切向氣流,軸向和切向氣流的平均速度可由下式計算:

主軸電機冷卻水在定子冷卻套的環形管中流動。流體在圓形管內流動時取直徑D為定型尺度。流體在其他流通截面形的槽道中流動時,可取當量直徑為定型尺度,當量直徑可按下式計算:

式中:A為槽道截面積,U為濕周。


用公式主軸高速旋轉時,周圍空氣可在主軸的旋轉部位產生軸向和切向氣流,軸向和切向氣流的平均速度可由下式計算:(11)計算雷諾數,判別冷卻水的流態,然後用公式(5)計算對流換熱係數,計算過程見圖3。由圖3可見,隨著冷卻水流量的增加,電主軸冷卻套與迴圈冷卻水間的對流換熱係數也增大。


4主軸高速旋轉時,周圍空氣可在主軸的旋轉部位產生軸向和切向氣流,軸向和切向氣流的平均速度可由下式計算:.2切割冷卻水對流換熱係數

圖4為切割冷卻水流量與對流換熱係數的關係圖。切割冷卻水流量大於1.5 L/min時,切割冷卻水的流態從層流轉換為紊流,塒流換熱係數急劇增大。


4主軸高速旋轉時,周圍空氣可在主軸的旋轉部位產生軸向和切向氣流,軸向和切向氣流的平均速度可由下式計算:,3空氣軸承排氣時換熱係數計算

空氣軸承旋轉時,氣膜的剪切摩擦使軸承發熱,同時在空氣軸承排氣時將熱量帶走,排氣溫度高於進氣溫度。空氣軸承氣隙很小,氣體流動處於紊流狀態。用公式(9)計算的結果見圖5。由圖可見,主軸轉速越高,對流換熱係數越大。


4主軸高速旋轉時,周圍空氣可在主軸的旋轉部位產生軸向和切向氣流,軸向和切向氣流的平均速度可由下式計算:.4轉子端部換熱係數的計算

轉子端部直徑dt為0.0124 m。主軸轉速為nmax=40 000 r/min時,轉子端部速度Vt=πndt/60=25.96m/s,換熱係數與主軸轉速的關係如圖6所示。


4主軸高速旋轉時,周圍空氣可在主軸的旋轉部位產生軸向和切向氣流,軸向和切向氣流的平均速度可由下式計算:.5電主軸外表面與周圍環境的對流換熱係數

根據3.5節的分析,取a=9.7 W/(m2·℃)作為電主軸外表面與周圍環境之間的複合傳熱係數,環境溫度為20℃。主軸頭部旋轉表面的特徵速度取為最大軸頸(φ50 mm)處的圓周速度。主軸旋轉外表面對周圍空氣的對流換熱係數與主軸轉速的關係如圖7所示。


5.主軸高速旋轉時,周圍空氣可在主軸的旋轉部位產生軸向和切向氣流,軸向和切向氣流的平均速度可由下式計算:恒定主軸的散熱係數的措施

通過第2、3節的分析可知,主軸內部通入冷卻液,可以大量帶走電機產生的熱量,大大降低主軸的溫升,從而極大地減少主軸的熱變形。在劃片機的切割過程中,我們採用控制主軸電機冷卻水溫度的辦法強制冷卻電動機,取得理想的結果。主軸電動機強制冷卻原理見圖8。


主軸電動機冷卻水採用去離子水,防止在主軸升溫過程中冷卻水道中產生水垢。溫度感測器檢測冷卻水的溫度,當溫度高於設定值主軸電動機冷卻水採用去離子水,防止在主軸升溫過程中冷卻水道中產生水垢。溫度感測器檢測冷卻水的溫度,當溫度高於設定值(室溫)時冷凍迴圈水箱自動製冷。在感測器設定時,應將冷卻水的溫度控制在室溫的±2℃。值得注意的是:切割冷卻水從主軸的後端流入前端流出,流量大、對流換熱係數大(見圖4),對主軸的冷卻作用也大,在精密切割中應用水溫控制單元(water temperature control unit)控制切割冷卻水的溫度[5],使其與劃片機室溫的差值不超過±2℃。由於主軸電動機冷卻水和切割冷卻水的流量均由劃片機的流量計控制,使冷卻水的溫度與室溫保持一致,目的在於恒定冷卻水的散熱係數,縮短主軸達到熱平衡的時間。


6.主軸電動機冷卻水採用去離子水,防止在主軸升溫過程中冷卻水道中產生水垢。溫度感測器檢測冷卻水的溫度,當溫度高於設定值總結

本文研究劃片機氣靜壓電主軸的冷卻,主軸冷卻主要通過主軸電動機冷卻水、切割冷卻水的熱傳遞,空氣軸承排氣時的熱傳遞,主軸旋轉表面及轉子端面的熱傳遞等幾方面完成。結果表明:當切割冷卻水流量大於1.5 L/min時,對流換熱係數急劇增大;電動機冷卻水流量增大對流換熱係數增大,但增大的幅度較小;主軸轉速對空氣軸承的換熱係數影響微小。氣靜壓主軸轉速越高,主軸旋轉表面及轉子端面的換熱係數越大。


(主軸電動機冷卻水採用去離子水,防止在主軸升溫過程中冷卻水道中產生水垢。溫度感測器檢測冷卻水的溫度,當溫度高於設定值三)潤滑系統

1.前言

近幾年來,隨著刀具材料和自動化技術的發展,在許多工程領域,以滾動軸承爲支承的主軸和軸的旋轉速度不斷提高,甚至超過了滾動軸承樣本給定的極限值。目前,中型數控機床和加工中心的主軸最高轉速已達到10000r/min左右,而FIDIA仿形加工系統的主軸轉速已達到100000r/min。內圓磨床爲達到足够的磨削速度,磨削小孔的砂輪已高達240000r/min。


不僅對軸承的設計和製造提出了更高的要求,幷且對潤滑系統的研製提出了特殊要求。

圖1雙列圓柱滾子軸承摩擦力矩、溫升與供油量之間的關係


滾動軸承潤滑目的是减少軸承內部摩擦及磨損,防止燒粘,延長疲勞壽命,排出摩擦熱,冷却。傳統的滾動軸承潤滑方法,如:油浴潤滑法、油杯潤滑法、飛濺潤滑法、循環潤滑法和油霧潤滑法等均已不能滿足高速主軸軸承對潤滑的要求。這是因爲高速主軸軸承不僅對油的粘度有嚴格要求,而且對供油量也有著嚴格要求。滾動軸承潤滑目的是减少軸承內部摩擦及磨損,防止燒粘,延長疲勞壽命,排出摩擦熱,冷却。傳統的滾動軸承潤滑方法,如:油浴潤滑法、油杯潤滑法、飛濺潤滑法、循環潤滑法和油霧潤滑法等均已不能滿足高速主軸軸承對潤滑的要求。這是因爲高速主軸軸承不僅對油的粘度有嚴格要求,而且對供油量也有著嚴格要求。FAG公司通過大量實驗數據建立了雙列圓柱滾子軸承的摩擦力矩、溫升與供油量之間的關係曲綫。該曲綫很好地表達了最小摩擦力矩、最低溫升與最少供油量之間的關係,即爲了取得最佳潤滑效果,供油量過多或過少都是有害的。


而前滾動軸承潤滑目的是减少軸承內部摩擦及磨損,防止燒粘,延長疲勞壽命,排出摩擦熱,冷却。傳統的滾動軸承潤滑方法,如:油浴潤滑法、油杯潤滑法、飛濺潤滑法、循環潤滑法和油霧潤滑法等均已不能滿足高速主軸軸承對潤滑的要求。這是因爲高速主軸軸承不僅對油的粘度有嚴格要求,而且對供油量也有著嚴格要求。5種潤滑方法均無法準確地控制供油量多少,僅適用于中、低速滾動軸承潤滑,而油霧潤滑系統也很難可靠地向各個軸承供應油量幾乎恒定不變的潤滑油,使各個摩擦點的油量多少始終處于一種波動狀態,時多時少,不利于主軸軸承轉速的提高和壽命的提高。而新近發展起來的油-氣集中潤滑系統則可以精確地控制各個摩擦點的潤滑油量,可靠性極高,因而可在高速主軸軸承領域應用。


2.滾動軸承潤滑目的是减少軸承內部摩擦及磨損,防止燒粘,延長疲勞壽命,排出摩擦熱,冷却。傳統的滾動軸承潤滑方法,如:油浴潤滑法、油杯潤滑法、飛濺潤滑法、循環潤滑法和油霧潤滑法等均已不能滿足高速主軸軸承對潤滑的要求。這是因爲高速主軸軸承不僅對油的粘度有嚴格要求,而且對供油量也有著嚴格要求。油-氣集中潤滑系統的工作原理

圖2 油-氣集中潤滑系統原理圖

1.浮動開關 2.油箱 3.變量柱塞泵 分配器 

4.混合閥 5.噴嘴 6.壓力開關(空氣)

7.壓力控制閥 8.壓縮空氣入口 9.方向閥


滾動軸承潤滑目的是减少軸承內部摩擦及磨損,防止燒粘,延長疲勞壽命,排出摩擦熱,冷却。傳統的滾動軸承潤滑方法,如:油浴潤滑法、油杯潤滑法、飛濺潤滑法、循環潤滑法和油霧潤滑法等均已不能滿足高速主軸軸承對潤滑的要求。這是因爲高速主軸軸承不僅對油的粘度有嚴格要求,而且對供油量也有著嚴格要求。-氣集中潤滑系統是最近發展起來的一種所需油量最少的新技術,被稱爲理性潤滑方法,確保潤滑的高效性及降低磨損,尤其適用于高速旋轉的滾動軸承,可應用于機床製造業、紡織機械製造業等行業。油-氣集中潤滑系統工作原理如圖2所示,每隔一定時間(1~60min)由定量柱塞泵分配器定量輸出的微量潤滑油(0.01~0.06mL)與壓縮空氣管道中的壓縮空氣(壓力爲0.3~0.5MPa,流量爲20~50L/min)混和後,經內徑2~4mm的尼龍管以及安裝在軸承近處的噴嘴進入軸承內,停留在摩擦點處。


3.滾動軸承潤滑目的是减少軸承內部摩擦及磨損,防止燒粘,延長疲勞壽命,排出摩擦熱,冷却。傳統的滾動軸承潤滑方法,如:油浴潤滑法、油杯潤滑法、飛濺潤滑法、循環潤滑法和油霧潤滑法等均已不能滿足高速主軸軸承對潤滑的要求。這是因爲高速主軸軸承不僅對油的粘度有嚴格要求,而且對供油量也有著嚴格要求。油-氣集中潤滑系統的技術要求 油-氣集中潤滑系統是將具有一定壓力的壓縮空氣和潤滑油混合後,形成條紋狀油液微滴,進入軸承內部摩擦點處,因而對潤滑油和壓縮空氣均有一定技術要求。

3.1潤滑油的技術要求

選擇潤滑油時,要確保油膜不能太厚。其原因在于:當油膜很薄時,油的粘度增大未必會相應地增大摩擦力矩。所以,在相同使用條件下,要選擇比樣本提供的參考粘度值大5~10倍的潤滑油,以確保有良好的粘度和潤滑性能。


ISOVG32滾動軸承潤滑目的是减少軸承內部摩擦及磨損,防止燒粘,延長疲勞壽命,排出摩擦熱,冷却。傳統的滾動軸承潤滑方法,如:油浴潤滑法、油杯潤滑法、飛濺潤滑法、循環潤滑法和油霧潤滑法等均已不能滿足高速主軸軸承對潤滑的要求。這是因爲高速主軸軸承不僅對油的粘度有嚴格要求,而且對供油量也有著嚴格要求。~ISOVG100導軌油是很適合的;在重載條件下還可選用耐高壓含有添加劑的油。應避免使用粘度在ISOVG22以下的潤滑油。禁止使用含有二硫化鉬添加劑的潤滑油,因爲這種潤滑油中的二硫化鉬會停留在噴嘴內孔處,從而阻塞噴嘴;此外,二硫化鉬的噴鍍作用也會增大軸承粗糙度,加劇磨損。

3.2壓縮空氣的技術要求

實驗條件:軸承類型NNU4926;轉速n=2000r/min;力F=2000N;潤滑油粘度v=32mm/s(t=40℃)


壓縮空氣必須乾燥,且過濾精度不大于滾動軸承潤滑目的是减少軸承內部摩擦及磨損,防止燒粘,延長疲勞壽命,排出摩擦熱,冷却。傳統的滾動軸承潤滑方法,如:油浴潤滑法、油杯潤滑法、飛濺潤滑法、循環潤滑法和油霧潤滑法等均已不能滿足高速主軸軸承對潤滑的要求。這是因爲高速主軸軸承不僅對油的粘度有嚴格要求,而且對供油量也有著嚴格要求。3µm,如果條件許可的話,可以配置一個具有自動排水功能的常規水分乾燥器將水分分離出來。爲了準確無誤地傳送潤滑油,內徑爲f2~4mm的管子裏空氣總流量大致爲20~50L/min。空氣壓力必須與流量、管路長度、管路內徑、軸承的內壓力損失相匹配。

對于技術參數一定的油-氣集中潤滑系統而言,改變潤滑周


期和空氣是允許的。爲了克服軸承內部的背壓,進入軸承內部的壓縮空氣必須具備一定壓力期和空氣是允許的。爲了克服軸承內部的背壓,進入軸承內部的壓縮空氣必須具備一定壓力(0.3~0.5MPa)。一般而言,軸承入口處壓力不應低于0.15~0.2MPa。

實驗條件:軸承類型NNU4926;轉速n=2000r/min;力F=2000N;潤滑油粘度v=32mm/s(t=40℃)


4.期和空氣是允許的。爲了克服軸承內部的背壓,進入軸承內部的壓縮空氣必須具備一定壓力軸承潤滑油量計算及供油方式設計

4.1軸承潤滑油量計算

滾動軸承潤滑所需的油量在很大程度上取决于軸承類型、供油系統設計、潤滑油類型等因素。很難給出一個適合任何情况,具有廣泛適用性的簡單明瞭的公式。具有油液自動傳輸功能的軸承(如角接觸球軸承)所需油量大于不具有油液自動傳輸功能的軸承(如雙列圓柱滾子軸承)所需油量。尤其當速度性係數(n.dm)值較大時,其差异更明顯(圖3)。通過大量實驗,供油量Q的粗略計算公式如下:


Q=WdB期和空氣是允許的。爲了克服軸承內部的背壓,進入軸承內部的壓縮空氣必須具備一定壓力式中 Q——供油量,mm3/hW——係數,0.01mm/hd——軸承內徑,mmB——軸承寬度,mm

然而,實際供油量還要在此數值基礎上擴大4~20倍。爲了獲得最佳潤滑效果,還需通過實驗來修正供油量多少。


期和空氣是允許的。爲了克服軸承內部的背壓,進入軸承內部的壓縮空氣必須具備一定壓力4 供油方式


4.2期和空氣是允許的。爲了克服軸承內部的背壓,進入軸承內部的壓縮空氣必須具備一定壓力供油方式設計

對于高速旋轉的軸承,爲了可靠地將潤滑油送入軸承內部,應十分重視供油方式(如噴嘴形式、安裝位置等)的設計。軸承潤滑方式完全取决于軸承類型和配置方式。對單列軸承而言,最佳潤滑方式爲從一邊進入軸承內部。噴嘴孔應與內環齊平,不能指向保持架。尤其當軸承自身吸排油方向不易確定時(如角接觸球軸承),潤滑油必須按上述方向進入軸承內部。若條件許可,潤滑油最好經過一個特製噴管後再進入軸承內部。噴管長度取决于軸承大小,直徑爲0.5~1.0mm。也允許把潤滑油送到軸承外圈處。


在這種情况下,要注意察看潤滑油是否進入了鋼球與外圈之間形成的壓力區域。對雙列軸承而言,潤滑油必須從與外圈滾道邊齊平的地方噴入軸承內部,以對軸承充分潤滑。在這種情况下,要注意察看潤滑油是否進入了鋼球與外圈之間形成的壓力區域。對雙列軸承而言,潤滑油必須從與外圈滾道邊齊平的地方噴入軸承內部,以對軸承充分潤滑。

當軸承外徑介于150~280mm時,需要再增加一個噴嘴。 此外,爲了防止在軸承底部形成油渣沉澱,需要安裝一個泄油管,其長度大于5mm。 爲了滿足現代機床高速主軸對潤滑系統的要求,對油-氣集中潤滑系統的各個參數還要作進一步詳細而精確的研究。這是因爲:潤滑油類型、潤滑方法、潤滑量以及軸承類型、軸承配置等因素均對軸承轉速提高有著决定作用。


(在這種情况下,要注意察看潤滑油是否進入了鋼球與外圈之間形成的壓力區域。對雙列軸承而言,潤滑油必須從與外圈滾道邊齊平的地方噴入軸承內部,以對軸承充分潤滑。四)主軸介紹與選用

精密機床的關鍵部件是進給系統和主軸系統,不同類型的機床主軸,對所選用軸承的精度要求既有相同點,也有不同之處。數控機床和軸承磨床可以歸于精密機床一類。現代精密機床和傳統機床的結構,從原理上來說,沒有太大的變化,主要還是區別于導軌加工技術的改進和主軸系統精度的提高。本文重點研究精密機床的主軸系統及其精密機床主軸軸承的選用。


提到機床主軸軸承,人們自然想到的是滾動軸承,因爲我們日常生産過程當中見到最多的大都是滾動軸承。實際上,只要是有固定支撑,而且有轉動的軸所形成的系統都可以稱之爲軸承。戰國時代的戰車輪子是木制的軸系,三國時候的木遛馬那是最原始的自動車軸承系統,現今很多精密磨床的滑動軸承也是軸承系統,比如上海機床廠、北京二機床、無錫機床廠和上海日發數字化系統有限公司的外圓磨床主軸系統目前還是動壓或動靜壓軸系。滑動軸承的旋轉精度可以達到千分之一毫米的精度,迄今爲止,這是滾動軸承結構的軸系不能够比擬的。


與上面所述的液壓類軸承支撑類似的精密主軸系統還有氣動浮起和磁懸浮浮起的主軸系統。儘管滑動軸承可以達到很高的精度,以至于需要更加精密的檢驗手段才可以得到精確的測量數據,但是由于滑動軸承製造成本很高,維護較爲困難,所以目前精密機床特別是加工中心采用最多的還是滾動軸承結構的系統。而選用最多的是配對角接觸球軸承。


1. 與上面所述的液壓類軸承支撑類似的精密主軸系統還有氣動浮起和磁懸浮浮起的主軸系統。儘管滑動軸承可以達到很高的精度,以至于需要更加精密的檢驗手段才可以得到精確的測量數據,但是由于滑動軸承製造成本很高,維護較爲困難,所以目前精密機床特別是加工中心采用最多的還是滾動軸承結構的系統。而選用最多的是配對角接觸球軸承。精密機床主軸的結構NN30系列(舊型號3182100系列)圓錐孔雙列向心短圓柱滾子軸承,徑向剛度和承載能力較大,旋轉精度高,徑向結構緊凑和壽命長,故在主軸組件中廣泛應用。不能承受軸向載荷,而需配用推力軸承,製造精度和造價較高。 2344系列(舊型號2268000系列)雙向推力向心球軸承,與圓錐孔雙列向心短圓柱滾子軸承NN30型軸承配套使用,以承受雙向軸向載荷。接觸角大,鋼球直徑較小而數量較多,軸承承載能力和精度較高,比普通推力軸承允許的極限轉速高出1.5倍,溫升低,運轉平穩,工作可靠。


圖一 與上面所述的液壓類軸承支撑類似的精密主軸系統還有氣動浮起和磁懸浮浮起的主軸系統。儘管滑動軸承可以達到很高的精度,以至于需要更加精密的檢驗手段才可以得到精確的測量數據,但是由于滑動軸承製造成本很高,維護較爲困難,所以目前精密機床特別是加工中心采用最多的還是滾動軸承結構的系統。而選用最多的是配對角接觸球軸承。

傳統的機床,現今的大多數國産重切削機床,比如瀋陽第一機床廠的CA6140臥式車床的主軸系統(圖一)就是這種組合式的一種變型結構。但是,由于在零件精加工工序,精密機床的工作主要是爲了保證加工精度,而不是去完成大的材料去除量,所以精密機床不需要承受較重的負載,加上圓錐孔雙列向心短圓柱滾子軸承和雙向推力向心球軸承的裝配工藝複雜,


相關零件調節配磨精度技術要求較高,所以目前大多數精密機床,尤其是精密磨床多采用配對角接觸軸承(新型號719、70和72系列結構)(圖二)。以7207C型號軸承爲例,它的單套軸承(使用時都是成對使用,和雙列軸承對比時要成倍計算)的動載荷爲30.5kN,靜載荷爲20 kN,脂潤滑極限轉速2萬轉/分;而234407BM1型號軸承的動載荷爲18.6kN,靜載荷爲49 kN,脂潤滑極限轉速1萬轉/分;從數據分析來看,在精密機床上采用高速角接觸球軸承是最佳選擇。


圖二 相關零件調節配磨精度技術要求較高,所以目前大多數精密機床,尤其是精密磨床多采用配對角接觸軸承(新型號

2.精密機床主軸系統的旋轉精度

主軸系統的旋轉精度是指機床處于空載手動或機動低速旋轉情况下,


在主軸前端基準面上測量的徑向跳動、斷面跳動和軸向竄動的精度。

主軸系統的精度主要受以下因素影響[1]

(1)軸承套圈的溝道徑向跳動,將對應使主軸系統主軸軸綫産生徑向跳動,從而將這些誤差部分的複映在被加工表面上。

(2)軸承滾動體直徑不一致和形狀誤差將會使得主軸産生有規律的誤差。

(3)溝道對端面的側擺將引起主軸的軸向竄動,主軸的軸向竄動對精密磨床,特別是軸承磨床影響尤其顯著,假如工藝上采用支溝磨溝的方式,將使得廢品率大幅度提升,噪聲也會大幅度提高。


(4) 在主軸前端基準面上測量的徑向跳動、斷面跳動和軸向竄動的精度。軸承安裝工作面的尺寸和形位誤差將使軸承滾道産生相應的變形,使軸承內外圈傾斜,使得軸承在各個方向的剛度不一致,從而會降低主軸系統的旋轉精度。調整間隙的螺母、隔套、墊圈端面均需要研磨加工,且與軸系回轉軸綫的垂直度要和所安裝的軸承精度相對應,否則會降低軸承的工作精度。(圖三爲歐洲SNFA公司的超精密軸承手册關于軸承裝配零件的製造公差數據。)


圖三 在主軸前端基準面上測量的徑向跳動、斷面跳動和軸向竄動的精度。


3. 在主軸前端基準面上測量的徑向跳動、斷面跳動和軸向竄動的精度。精密機床主軸的調整和預緊保持合理的軸承間隙或進行適當的預緊(負間隙),對主軸系統的工作性能和軸承的壽命有著重要的影響。滾動軸承在較大間隙的情况下工作時,載荷會集中作用于加載方向的局部幾個滾動體上,這就使得套圈滾道和滾動體的接觸點上産生很大的集中應力,發熱量和磨損增大,使用壽命降低,同時也降低了系統的剛度。如果在安裝軸承時預先在軸向給它一個等于徑向載荷20%~30%的力,使軸承套圈滾道和滾動體之間産生過盈,即給滾動軸承預緊或預加載荷,


這時軸承套圈的溝道和滾動體接觸面積加大,軸承套圈裏的滾動體就會在均勻的受力狀態下工作,因此軸承的剛度就會得到增加,壽命也將得到延長。但是,軸承的預加載荷不能够過大,軸承系統的負間隙過大不僅對提高剛度的效果不顯著,而且磨損和發熱量會大爲增加,軸承的使用壽命也顯著的降低了。配對角接觸球軸承,出廠前廠家都按照預負荷調整好了,每組軸承使用時中間不需要另外添加隔套,因爲配對軸承中間添加的隔套一般難以達到軸承本身端面的精度,所以對整個主軸系統來說,隔套的端面精度會破壞軸承的精度。


4. 這時軸承套圈的溝道和滾動體接觸面積加大,軸承套圈裏的滾動體就會在均勻的受力狀態下工作,因此軸承的剛度就會得到增加,壽命也將得到延長。但是,軸承的預加載荷不能够過大,軸承系統的負間隙過大不僅對提高剛度的效果不顯著,而且磨損和發熱量會大爲增加,軸承的使用壽命也顯著的降低了。配對角接觸球軸承,出廠前廠家都按照預負荷調整好了,每組軸承使用時中間不需要另外添加隔套,因爲配對軸承中間添加的隔套一般難以達到軸承本身端面的精度,所以對整個主軸系統來說,隔套的端面精度會破壞軸承的精度。 精密軸承安裝的選配。

圖三標明了軸承裝配的軸頸和殼體對應工作面的形狀誤差、位置誤差和表面粗糙度的理論最大值,但是對精密軸承系統來說,不是軸頸和殼體對應工作面進入了加工公差之內就可以隨意安裝軸承了。加工面符合了圖紙的技術要求,但不一定滿足軸承安裝的最佳裝配要求。在精密機床的軸承裝配過程當中,分組裝配是完全必要的,尤其是在大批量精密機床生産綫上,所有精密軸承和對應的軸頸和殼體,都需要分組裝配,最起碼要按照工作直徑尺寸分組,這樣主軸軸承


就會達到最佳旋轉精度和綜合機械性能。不可否認,現在許多進口的萬能組合軸承的精度比配對軸承的精度高,但是,即使是采用萬能組合軸承,也是需要選配的,在精密機床的裝配上,萬能組合的概念要讓位于按照實際測量的最佳間隙組合的概念。

5.精密機床主軸潤滑和密封

我們注意到,無論是國産軸承手册還是進口軸承手册,采用不同的潤滑方式,軸承的極限轉速的數據是不同的。


潤滑劑要按照設計要求及時補充(高速精密主軸系統潤滑脂填充量一般爲軸承空間的10%~20%),合理的添加潤滑劑,可以减少軸系的摩擦和磨損,延長軸承的疲勞壽命,同時可以排出軸承系統的摩擦熱幷起到冷却軸承系統的作用;除了潤滑脂之外,軸承系統的潤滑還有液體油潤滑、油霧潤滑和油氣潤滑等方式,油氣潤滑在國外高速主軸系統當中已經普遍采用,油氣潤滑省油,無污染,幷且能够顯著提高主軸系統的DN值,幷能够智能控制軸系對潤滑劑的要求補給量。


主軸結構的設計,潤滑和密封一定要根據不同情况采用不同的形式。密封磨損了要及時更換,密封唇與旋轉體接觸處超過15m/s就要采用非接觸式密封結構,高速精密機床大多采用迷宮式密封,幷需要在適當位置設計甩油溝槽,因爲接觸式密封不僅會使密封接觸處産生摩擦損失和過熱,而且會對軸承系統旋轉精度産生影響。綜上所述,精密機床主軸系統及其軸承的選用不能够簡單的延用普通機床主軸軸承的選用方法,現代精密機床技術的提高是綜合性的,在設計和生産過程中,全面的研究主軸系統結構,科學的合理的選用主軸軸承是提高精密機床綜合精度的關鍵。


主軸結構的設計,潤滑和密封一定要根據不同情况采用不同的形式。密封磨損了要及時更換,密封唇與旋轉體接觸處超過.主軸技術發展簡介

一般來說,主動式平衡系統主要由以下四個部分所構成:

1.系統電源供應單元(Power Supply Unit):

2.控制單元(Control Unit):

3.狀態監控單元(Monitor Unit):

4.平衡單元(Balancing Unit):


控制部分可藉由隨時監測由系統不平衡量所造成的振動和其他必要的資訊來判斷平衡機構是否必須作動來降低主軸的不平衡量,整個主動式平衡系統架構示意如圖控制部分可藉由隨時監測由系統不平衡量所造成的振動和其他必要的資訊來判斷平衡機構是否必須作動來降低主軸的不平衡量,整個主動式平衡系統架構示意如圖4-6:

圖4-6 主動式平衡系統架構示意


控制單元的邏輯判斷流程控制部分可藉由隨時監測由系統不平衡量所造成的振動和其他必要的資訊來判斷平衡機構是否必須作動來降低主軸的不平衡量,整個主動式平衡系統架構示意如圖:

由於控制單元相當於人類的大腦,主宰著主動式平衡系統何時介入以發揮最大著功效,所以必須針對主軸的運轉情況隨時監控,在適當的時機啟動平衡機構,並規劃如何操作使其能有最佳的平衡效果,在此分別就其判斷邏輯的流程做個簡單的說明如圖4-7:


控制部分可藉由隨時監測由系統不平衡量所造成的振動和其他必要的資訊來判斷平衡機構是否必須作動來降低主軸的不平衡量,整個主動式平衡系統架構示意如圖4-7 控制單元的邏輯判斷流程


在此提出一主動式平衡系統之構想如下控制部分可藉由隨時監測由系統不平衡量所造成的振動和其他必要的資訊來判斷平衡機構是否必須作動來降低主軸的不平衡量,整個主動式平衡系統架構示意如圖:

圖4-8 主動式平衡系統之示意圖



各部分的簡介如下 :

1.系統電源供應部分(Power Supply Unit):

以安裝在主軸上的微型發電機(Micro generator)為核心,當主軸運轉時和固定在主軸基座上之磁鐵感應生成電流,經過一些適當的處理後作為提供系統運作所需電力來源。

2.控制單元(Control Unit):

控制單元透過無線傳輸與安裝在主軸上的振動感測器和相位感測器,取得主軸在徑向的振動幅度和主軸目前的角位置,進而推算出主軸的不平衡量,


在邏輯判斷流程決定需要介入時驅動平衡機構到適當的位置以平衡主軸的不平衡量。在此控制單元的線路可和電源供應的部分整合在一起以節省空間。在邏輯判斷流程決定需要介入時驅動平衡機構到適當的位置以平衡主軸的不平衡量。在此控制單元的線路可和電源供應的部分整合在一起以節省空間。

3.狀態監控單元(Monitor Unit):

狀態監控單元包括安裝在主軸上的振動感測器和主軸目前的轉角及轉速感測器,另外亦可和工具機的控制單元連線取的目前的運轉的狀態,若主軸的振動超過了容許的範圍而無法藉由主動式平衡系統進行補償,可通知工具機本身的CNC 控制器下令停機,避免產生多餘的廢料。


4.在邏輯判斷流程決定需要介入時驅動平衡機構到適當的位置以平衡主軸的不平衡量。在此控制單元的線路可和電源供應的部分整合在一起以節省空間。平衡單元(Balancing Unit):

平衡單元主要包括兩個負責平衡不平衡量的平衡環(Balancing Ring),和相對應的致動機構。

4-3-2平衡環之作動原理

平衡單元主要利用單一平面平衡(Single-Plain Balancing)的原理,透過質量的重新分布(Mass redistribution)來平衡轉子系統中的不平衡量,根除振動產生的來源(如圖4-9)。


在邏輯判斷流程決定需要介入時驅動平衡機構到適當的位置以平衡主軸的不平衡量。在此控制單元的線路可和電源供應的部分整合在一起以節省空間。4-9 平衡示意圖


4-3-3在邏輯判斷流程決定需要介入時驅動平衡機構到適當的位置以平衡主軸的不平衡量。在此控制單元的線路可和電源供應的部分整合在一起以節省空間。平衡環驅動機構之種類與優缺點比較

由上一節所提到質量重新分布(Mass redistribution)的概念,所衍生出來的平衡機構主要有兩種:

1.Counterbalance Balancer:此平衡機構主要是透過驅動機構來帶動一已知質心和質量的平衡塊或平衡環到達適當的位置。設計驅動機構本身最大的困難之處,在於如何達成環型中空結構以符合必須能安裝在主軸上的要求。


目前商業運轉中較成熟的產品是由美國在邏輯判斷流程決定需要介入時驅動平衡機構到適當的位置以平衡主軸的不平衡量。在此控制單元的線路可和電源供應的部分整合在一起以節省空間。BalaDyne 公司所推出的產品EM-2000 Machining Center RealTimeTM Balancer(如圖4-10、4-11),

圖4-10 BayaDyne 公司出產的EM-2000 主軸平衡系統


在邏輯判斷流程決定需要介入時驅動平衡機構到適當的位置以平衡主軸的不平衡量。在此控制單元的線路可和電源供應的部分整合在一起以節省空間。4-11 EM-2000 圖4-12 EM-2000

實際安裝情形 之平衡環構造圖


2.Waterwheel Balancer在邏輯判斷流程決定需要介入時驅動平衡機構到適當的位置以平衡主軸的不平衡量。在此控制單元的線路可和電源供應的部分整合在一起以節省空間。

這種平衡機構是利用液體相變化的特性,透過數個外部具有加熱線圈之環型分布腔體,以管路互相連接,當系統不平衡量的大小和相位被偵測出來後,便加熱腔體中的液體使之氣化到達其他腔體而達到質量重新分布平衡不平衡量,如圖4-14。目前商業化的產品有BalaDyne 公司的BalaDyne IV RealTime™Balancing System,如圖4-13。


在邏輯判斷流程決定需要介入時驅動平衡機構到適當的位置以平衡主軸的不平衡量。在此控制單元的線路可和電源供應的部分整合在一起以節省空間。4-13 Baladyne 公司出品之 Waterwheel Type Balancer

圖4-14 Waterwheel Balancer 構造示意圖


以上兩種平衡機構,各有其優缺點,以在邏輯判斷流程決定需要介入時驅動平衡機構到適當的位置以平衡主軸的不平衡量。在此控制單元的線路可和電源供應的部分整合在一起以節省空間。Waterwheel Balancer 來說,腔體中的空氣,在高速運轉的情況下會妨礙由液體加熱所變成的蒸氣流動至所期望的腔體。此外因為加熱的關係,到達平衡的所需要的時間也過久,而且對於特定刀具所擁有的不平衡量,每次都必須重新開始平衡,這也增加了不少時間。相反的,因為CounterbalanceBalancer是利用馬達加上減速機構的方式來驅動,不僅具有反應快速的優點且動作確實,但是若安裝在高速主軸上的話,動輒上萬轉所產生的離心力,往往使得減速機構無法作動,因此有必要作進一步的改進以符合使用在高速主軸上的需求。


心得與討論在邏輯判斷流程決定需要介入時驅動平衡機構到適當的位置以平衡主軸的不平衡量。在此控制單元的線路可和電源供應的部分整合在一起以節省空間。

在要選這門課時,名字叫高速主軸而已就感覺是將高速主軸分的很細的東西,在上課時,也清楚感受到了,就說防水軸承就有很多型式還有一些軸承是只能能裝,不能拆,拆就會壞掉,還有拉刀機構等等……,但是在一開始萬萬沒想到會在畫圖,如果沒上這門刻的話在近期內可能就不會用SOLID WORKS,但是在劃這些零件圖時真是一波多折阿,我們這一組,圖拿到後就各自拿取圖該自繪製,剛開始拿到畫齒輪的都不會畫,是有了SolidWorks 2006後,


利用裡面的齒輪模組來繪製,這樣就快很多了,而最後一次拿到的圖,也是最複雜的,尺寸一堆,看了就霧煞煞,如我們組上還是會有不知道該怎麼畫圖的一些地方加工符號還有還有就是不一樣的圓角,跟在用利用裡面的齒輪模組來繪製,這樣就快很多了,而最後一次拿到的圖,也是最複雜的,尺寸一堆,看了就霧煞煞,如我們組上還是會有不知道該怎麼畫圖的一些地方加工符號還有還有就是不一樣的圓角,跟在用SolidWorks時不知道該怎麼用局布詳圖等等….,我們就會互相討論,該如何畫,但是在畫圖時卡關時自己在那想辦法時真的很花時間,盡可能靠自己畫出來,而在最後大家還是畫出來,但是難關也沒全部消失,還隨身碟失蹤,導致在交作業變的越來越慢交,所以導致本來組上沒有打算要用組合圖但是後來也把組合圖組合出來了,真是令人高興,而報告也是大家努力找資料的結果,也才能那麼快速的完成,希望下學期的主軸課程,可以學習並了解到更多的主軸與工具機認識。


利用裡面的齒輪模組來繪製,這樣就快很多了,而最後一次拿到的圖,也是最複雜的,尺寸一堆,看了就霧煞煞,如我們組上還是會有不知道該怎麼畫圖的一些地方加工符號還有還有就是不一樣的圓角,跟在用.參考文獻

摘要

http://140.112.16.34/papers/%BD%B2%A8%CE%A8j%20%20%B0%AA%B3t%A4%C1%ABd%AC%E3%A8s%BBP%C0%B3%A5%CE.htm

全國博碩士論文

http://etds.ncl.edu.tw/theabs/index.jsp

(中國電子科技集團公司第四十五研究所,北京東燕效101601)王明權,孔德生


http://www.eccn.com/ele/el064451.asp利用裡面的齒輪模組來繪製,這樣就快很多了,而最後一次拿到的圖,也是最複雜的,尺寸一堆,看了就霧煞煞,如我們組上還是會有不知道該怎麼畫圖的一些地方加工符號還有還有就是不一樣的圓角,跟在用

實驗數控車床工具機結構

http://210.43.8.130/sjkc/skjs/shiyan1.htm

斯將利傳動機械公司

http://www.si-gang.com/news/jishu/0304-12805.html

SJL公司

http://www.sjlbearing.com/gongsi-xinwen/jishu-ziliao/1104-1945.html


主軸成品組合圖利用裡面的齒輪模組來繪製,這樣就快很多了,而最後一次拿到的圖,也是最複雜的,尺寸一堆,看了就霧煞煞,如我們組上還是會有不知道該怎麼畫圖的一些地方加工符號還有還有就是不一樣的圓角,跟在用


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