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高速精密电主轴温升特性

2021-03-20 09:56:07 恒拓 2

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    高速电主轴高速加工时,所处的环境内外热源共同作用而且是不断变化的。影响电主轴温升的因素如零件材料、刀具、切削参数、电机性能、表面热传导等使电主轴形成一个较为复杂的温度场,给研究主轴温升带来较大困难。高速电主轴静态旋转和高速加工时产生大量热量,主轴静态空载时产生的热量通过主轴内部冷却循环系统带走热量,这些热量主要包括电机产生的热功损耗和轴承高速旋转产生的摩擦热,冷却循环系统可将冷却液控制在某一范围内,如 20 ℃ 一 23 ℃ 低温且恒定,有效降低主轴系统的温升。


    电主轴高速加工产生的热量大部分被切屑带走,刀具和工件通过主轴中心出冷却液或是机床自带冷却喷洒装置进行冷却。影响高速加工冷却润滑的主要因素包括:冷却液、冷却润滑方式、切削参数、刀具参数、工件材料等。随着切削参数的提高热量不断增加,合理的切削参数、合理的冷却系统对于提高主轴加工精度、刀具性能、零件表面粗糙度都有重要意义。


高速电主轴静态温升

    静态温升是电主轴性能的重要指标,通常是指在空载和无外部热传递的影响下,主轴特定区域与环境温度差,主轴性能测试中多用前轴承外圈作为温升测量区域。高速电主轴采用内嵌电机结构,主轴的空载功率转化的热成为高速旋转的主要热源。


     系统温度越高主轴的热变形越大,引起精度丧失的可能性越大,系统的热态特征就越差。电机内部功耗导致电机发热,直接散热给转轴和定子冷却水套筒影响其性能。定子冷却水套筒内的电机和前后轴承高速旋转存在复杂的摩擦热在密封的空间中散热困难,加剧了发热强度,直接导致电主轴的热变形,另外由于电机发热传递给轴承和轴承自身发热,加速主轴磨损和精度降低。


     目前主要通过定子冷却水套筒和轴承座内的冷却循环系统能够带走电机定转子和前后轴承部分热量,但剩余热量引起的热变形对主轴精度和转速的提高都有较大影响。电主轴空载温升特性主要是检验无负载和无外界热源的情况卜测试前轴承座外圆作为测试区域与外界环境温度的差值大小,确定装配精度工艺等。实验证明电主轴空载温升曲线,室温为恒温 23 ℃ 、主轴内部冷却循环水温度为 20 ℃ 。


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