VDF-850 加工中心主軸單元（yuán）結構分析-齒輪加工機床網-數（shù）控（kòng）機床（chuáng）市場網

您現在的位置：齒輪加工機床網> 加（jiā）工與維修>VDF-850 加工中心主軸單元結構分析

VDF-850 加工中心主軸單元結構分析

2017-5-31 來源：湄洲灣職業技（jì）術學院作者：齊曉霞

摘要：作為數控機床最主要的（de）功能部件，主軸的（de）性能對加工中心的安全及精度起（qǐ）著決定性作用。本文對VDF-850 立式加工中心的主軸結構進行詳細分析，並采用丹麥必凱公司的檢測裝置完成對主軸的振動（dòng）響應（yīng）試（shì）驗，進而判斷引（yǐn）起主軸振動的振源。

關鍵詞：加工中心主軸振（zhèn）動響應

引言

主軸作為加工中心的功能部件，是整套裝備中最重要（yào）的（de）一種（zhǒng）配件。它和（hé）刀（dāo）具一起（qǐ）將主軸的轉動轉換（huàn）為工（gōng）件的軸向移動，製成零件成品（pǐn）。主軸單元作為加（jiā）工中心的關鍵性單元，包括（kuò）主軸、軸承、裝在主軸上的傳動帶輪、自動換刀及準停裝置等。加工中心的轉速（sù）高，功率大，在加工時（shí）不（bú）能進行（háng）人工調整。這就要求主軸具有（yǒu）更好的回轉精度、抗（kàng）振性能、熱（rè）穩定性能、有（yǒu）較高的結構剛度及精度的（de）保持性[1]。主軸單元的工作性能對數（shù）控機床的功能性質、零件（jiàn）品質及加工效率有著非（fēi）常明顯的作用。

1.主軸（zhóu）單元結構分析

1.1　主軸單元主傳動

主軸的傳動單元將（jiāng）電機的回轉（zhuǎn）運動（dòng）轉（zhuǎn）換為（wéi）刀庫軸的扭矩以及銑削力。因此，其變（biàn）速區間要大，確保在零件加工時有適合的切削量（liàng）；主軸單元要有優良的抗振動能力、受熱及受力時的（de）形變能（néng）力，以確保產（chǎn）品的精（jīng）密度。VDF-850 立式加工中心主傳（chuán）動采用 FANUC 交（jiāo）流（liú）伺服電機驅動，電機通過齒數比為 1:1 的齒形帶直接帶動主（zhǔ）軸，通過改變主、從動帶（dài）輪直徑改變轉速和轉矩。主電機的角位移量通過（guò）光電編（biān）碼器的光電轉換變為電脈衝當量，輸出到數控係統，確保主軸的剛性攻絲及準停。

1.2　主軸支承結構

主軸的（de）支承件是主軸係統的主要部（bù）件，主要指軸承及軸承座，其中軸承是中（zhōng）心。采用滾動軸承的支承轉速和載荷的變化範圍大（dà），有一定（dìng）過盈（yíng）量時也能穩定轉（zhuǎn）動，旋轉精度高，但是剛（gāng）度不穩定，容易振動。滑動（dòng）軸承的支承抗振動性能好，轉動過程平穩，但是（shì）製造（zào）和維修困（kùn）難。VDF-850 加工中心（xīn）中，主軸的（de）前軸承是兩（liǎng）個串聯使用的主軸專用精密 P4 級角接觸軸承，型號為 7012A5TYSUMP4，主要承受較大的切削力。後軸承是（shì）用兩個背對背配置的精密 P4 級高速滾柱軸承，型號為 7011A5TYSUMP4，主要承受轉矩。高速精密（mì）角接觸軸（zhóu）承的質量輕、膨脹係數低、硬度高，使其高速運轉時的離心力（lì）及熱溫升減少（shǎo），轉速得以提高，達到 8000r ﹒ min-1。

1.3　主軸端（duān）部

主軸（zhóu）的（de）前端用於裝（zhuāng）夾銑刀，這就需要精確的定位，裝配要牢靠且拆裝簡單容易，能（néng）夠傳送（sòng）轉矩。VDF-850 加工中心主軸前（qián）端（duān）有 NO.40（錐度為 7:24）的錐孔，用於裝配刀杆，於錐形孔內進行定位（wèi）。主軸部（bù）件的端麵鍵將主（zhǔ）軸（zhóu）的回轉運動傳給刀具軸。刀柄及拉杆螺栓見圖 1、圖 2。

2.主（zhǔ）軸空轉試驗分析

2.1　試驗方案

僅運（yùn）行（háng）主電動機（jī），做主軸的（de）響應試（shì）驗。使主軸（zhóu）轉速從 45. r·min-1開始到最高轉（zhuǎn）速 8000 r·min-1結束，以200 ～ 500r·min-1的轉速級差進行空（kōng）轉，每級轉速的運轉時間最少為 2 分鍾，在最高轉速時運轉時間至（zhì）少為 30 分鍾，測試時主軸軸承溫度值不能超過 60°。測量主軸前支撐位置在不同轉速下沿 X 軸、Y 軸、Z 軸的振動加速度響應[2-3]。對（duì）測試所得信號進行（háng）頻譜（pǔ）分析，判斷振動是因係統內部回轉零件不平衡（héng）引起（qǐ）的還是因傳動（dòng）係（xì）統外的（de）其（qí）他振源引起的。將連接主軸和主電機的同步帶去掉，斷開主傳動係統後再進行響應試驗，進一步（bù）確定外部振源的存在性。若是一直存在某一個振動頻率，則可（kě）以認定振動是由外界源（yuán）引起的。

2.2　試驗條件

響應試驗使用的是丹麥必凱公司的一套檢測裝置。在主（zhǔ）軸箱前軸（zhóu）承處安裝對環境噪聲敏感度較低的微型加速度計，連接 PULSE 平台的 3560B/C/D 型數據采集前端，再與筆記本電腦點對點直連，組成振動實驗測試係統。測（cè）試係統簡圖（tú）如圖 3 所示

圖 3　振動測（cè）試係統簡圖（tú）

通過 7700pulse 分析係統的快速傅裏葉變化（Fast FourierTransform）分析（xī）儀完成采樣參數的設置（zhì），如（rú）圖 4、圖 5 所（suǒ）示。根據（jù）奈（nài）奎斯特采樣（yàng）定理，采樣率應大於被測信號頻率的 2 倍，才能避免頻率混疊現象，帶寬越大，所能顯示的信號頻率分（fèn）量越豐富，也就能更加（jiā）接近真實的信（xìn）號波（bō）形。FFT 分析儀在測量主軸的振動信號時所（suǒ）需的最小帶寬，被測信（xìn）號最快上升時間為 25ms（10％～ 90％）：最高信號頻率f=0.5/25ms=200Hz，示波器帶寬 Span=1.0×200Hz=200Hz

VDF-850 主軸的轉動速率在 3000r·min-1以下時，確定分析帶（dài）寬為 Span=200Hz；在 FFT 分（fèn）析儀中，采樣頻率（lǜ）Fs=2.56Span，此時采樣頻率為 Fs=512Hz。當主軸轉速超（chāo）過（guò）3000r·min-1時，確定分（fèn）析（xī）帶寬 Span=400Hz，取采樣頻率Fs=1000Hz。

2.3　試驗結果分析

在進行響應檢測（cè）試驗前，應令主軸無負荷轉動 30 分鍾以上。轉速從 1000r·min-1開始到最高轉速 8000r·min-1結束，以 500r·min-1為間隔逐（zhú）步升高，采集主軸箱前軸承（chéng）處在不同轉速下的振動參（cān）數。由 B ＆ K 公司的 Pulse 測量係統顯示並記錄（lù）所得數據，收集到的部分（fèn）轉速下（xià）的振動數據見表 1。

表 1　無負荷運轉時的響應數值

從檢測試驗獲得的（de）響應數值即可斷定（dìng）：

（1）在主軸的前支承處沿徑向的（de）振動速率達到（dào）極大值；

（2）從圖6可知，主軸轉速（sù）在1000～4800r·min-1時出現頻率為（wéi） 44.68 ～ 48.64Hz 的振動；當轉速在 4900 ～ 8000r·min-1 時，出現頻率（lǜ）為 75.19 ～ 77.64Hz 的（de）振動。上（shàng）述兩個頻率的振動應該是外部（bù）源引發的。

VDF-850 主軸部件總共兩個振源，頻（pín）率為 47.68Hz 和75.19Hz 左右，主（zhǔ）軸結構在這兩個頻（pín）段內可能存在薄弱點。VDF-850 加工中心主（zhǔ）要動力源有主軸電機和冷卻泵電機，相（xiàng）關參數如表（biǎo） 2 所示。

表 2　VDF-850 使用電（diàn）機的參數

從 VDF-850 加工中心（xīn）電機的參數（shù）可知，冷卻泵電機的頻（pín）率為 50Hz，與 44.68 ～ 48.64Hz 相接近，是振源（yuán）之一；從主軸轉速 - 頻率圖來看，轉速在 4800r·min-1以下出現頻率為44.68 ～ 48.64Hz 的振動；轉速高於 4900r·min-1後，出現頻率（lǜ）為 75.19 ～ 77.64Hz 的振動，與冷（lěng）卻泵電機的頻率沒有關係。

3.結論

通過對 VDF-850 加工中心進行主軸空運轉（zhuǎn）試驗，分析試驗結（jié）果發現：

（1）機床在空轉時存在頻率為 44.68 ～ 48.64Hz 和75.19 ～ 77.64Hz 的兩個（gè）強迫振動。

（2）冷卻泵電機的自然頻率是 50Hz，與空轉（zhuǎn）響應試驗中出現的頻率 44.68 ～ 48.64Hz 相差不大，可（kě）認為冷卻泵電機是引起機床主軸振動（dòng）的振源之一（yī）。

（3）機床主軸在頻率為 75.19 ～ 77.64Hz 的區間存在薄弱模（mó）態。

投（tóu）稿箱：
如（rú）果您有機床行（háng）業、企業相關新聞稿件發表（biǎo），或進行資訊合（hé）作，歡（huān）迎聯係本網編輯（jí）部，郵（yóu）箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企推薦

業界（jiè）視點

| 更多

行業數（shù）據

| 更多

博文（wén）選萃

| 更多（duō）