为什么德国舍弗勒那么重视FAG主轴轴承?

发布时间:2016-09-27 09:06:08      阅读次数:919
为什么德国舍弗勒那么重视FAG主轴轴承
    传统的主轴系统包含皮带、齿轮等中间传动环节,不仅转动惯量大,难于实现高的角加(减)速度,而且高速时也难于解决中间传动环节出现的振动和噪声。因此,现在的高速主轴系统大多是把电动机与主轴“合二而一”、将传动链缩短为零的电主轴单元,结构上基本是把主电动机置于主轴前后轴承之间。这样的电主轴,轴向尺寸较短,结构紧凑,主轴刚度高,出力较大。德国GMN公司用于加工中心和数控铣床的电主轴就是这种结构,其轴承是适合高速运转的精密角接触球轴承(一般相当于国际标准P2和P4级),所有关键零件都必须进行精密加工和精密装配,同时还要用恒温冷却水对主电机的定子和前后轴承进行冷却。现在,也有极少数高速轻切削铣床,使用将主电机置于主轴后轴承之后的电主轴。这种结构的电主轴轴向尺寸长,但可改进散热条件。此外,某些主轴最高转速在10000r/min至15000r/min的加工中心和铣床,不是采用电主轴而是通过薄膜式之类的联轴节,将主电动机与主轴直接连接,从而省去主轴冷却系统。不过,此方式既增加了转动惯量,影响角加(减)速度,而且两者直连后的非直线性又会引起振动(转速愈高对直线性的调准要求也愈高),故不宜用于主轴转速更高的机床。
  当前的高速电主轴,几乎都是内置异步交流感应电动机。异步型电主轴的优点是结构较简单,制造工艺相对成熟和安装方便,特别是可以更大限度地减弱磁场,易于实现高速化。此种主轴电机也正在进一步改进,比如日本三菱电机公司最近开发出可减少电损耗和缩短定子长度的高速、高效率内置感应主轴电动机。
  最近,国外正研讨在电主轴中内置交流永磁同步电动机的问题。与异步感应电动机相比,永磁同步电动机有如下优点:用永磁材料制造的转子在工作过程中不发热,解决了目前内置的异步感应电动机转子发热且难于充分冷却的问题;功率密度大,工作效率高,即可用较小的尺寸得到较大的功率和扭矩;低速性能好,易于实现精密控制等。然而,永磁同步电动机也有其弱点,那就是功率容量有限,弱磁困难,不利于实现高速化。
                            

高速主轴用的轴承
  数控金切机床高速主轴的性能,在相当程度上取决于主轴轴承及其润滑。滚动轴承由于刚度好、精度可以制造得较高、承载能力强和结构相对简单,不仅是一般切削机床主轴的首选,也受到高速切削机床的青睐。从高速性的角度看,滚动轴承中角接触球轴承最好,圆柱滚子轴承次之,圆锥滚子轴承最差。
  角接触球轴承的球(即滚珠)既公转又自转,会产生离心力Fc和陀螺力矩Mg。随着主轴转速的增加,离心力Fc和陀螺力矩Mg也会急剧加大,使轴承产生很大的接触应力,从而导致轴承摩擦加剧、温升增高、精度下降和寿命缩短。因此,要提高这种轴承的高速性能,就应想方设法抑制其Fc和Mg的增加。从角接触球轴承Fc和Mg的计算公式得知,减少球材料的密度、球的直径和球的接触角都有利于减少Fc和Mg,所以现在高速主轴多使用接触角为15°或20°的小球径轴承。可是,球径不能减小过多,基本上只能是标准系列球径的70%,以免削弱轴承的刚度,更关键的还是要在球的材料上寻求改进。
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