Технологии высокоскоростной-обработки привлекают все больше внимания. Она не только обеспечивает более высокую производительность, но также обеспечивает высокое качество обработки и снижает производственные затраты, что делает ее одной из самых многообещающих передовых производственных технологий 21 века.
В развитых индустриальных странах эта технология широко применяется в аэрокосмической и литейной промышленности. За последние пять лет моя страна также добилась значительного прогресса в этой технологии. Высокоскоростная-механическая обработка является необходимым условием для достижения высокой-скорости резки.
Высокоскоростные-станки и станки с виртуальными-осями представляют собой значительный прорыв в технологии станков. Будь то обычный станок с ЧПУ или станок с виртуальной-осью, ключевым компонентом для достижения высокой скорости остается шпиндельный узел.
Скорость высокоскоростного-шпинделя часто измеряется по значению его dn (произведению среднего диаметра подшипника шпинделя (мм) и максимальной скорости вращения шпинделя (об/мин)). Высокоскоростные-шпиндели обычно имеют значение dn 1,0 × 10⁶ или выше. С развитием технологий подшипников и смазки скорость шпинделя увеличивается с каждым годом. Данные показывают, что в 1980-х годах максимальное значение dn для подшипников шпинделя при смазке консистентной смазкой составляло всего 0,5 × 10⁶. Однако после разработки масляно-воздушных систем смазки значение dn быстро возросло до 1,0 × 10⁶. С использованием радиально-упорных керамических шарикоподшипников значение dn подшипника шпинделя дополнительно увеличилось до 2,0 × 10⁶.
К 1990-м годам новый метод смазки -струйная смазка- позволил значению dn шпинделя достичь 3,0 × 10⁶. Для шпиндельных агрегатов со скоростью выше 10 000 об/мин привод посредством ремней или муфт уже не подходит. Более разумным подходом является использование встроенного-двигателя для прямого привода, где ротор двигателя установлен непосредственно на шпинделе, а статор установлен во втулке шпинделя, образуя так-электрический шпиндель.
Этот электрический шпиндель имеет такие преимущества, как компактная конструкция, простота балансировки и высокая эффективность передачи, что делает его идеальной конструкцией для высокоскоростных-шпинделей. На производительность электрошпинделя существенно влияют подшипники и технология их смазки, а также многие другие факторы, включая контроль преднатяга подшипников, нагрев и охлаждение встроенного-двигателя, динамическую балансировку шпинделя и соединение деталей на валу.
Кроме того, конструкция конца вала шпинделя также является важным аспектом высокоскоростных-электрических шпинделей, который нельзя упускать из виду. Подшипники, используемые в высокоскоростных-шпиндельных узлах, в основном включают радиально-упорные шарикоподшипники, подшипники на магнитной левитации, гидростатические подшипники-на водной основе и воздушные гидростатические подшипники.
Из-за высокой стоимости, сложных систем управления и трудностей в решении проблем тепловыделения подшипники на магнитной подушке пока не нашли широкого применения в высокоскоростных-шпиндельных узлах.
Гидростатические подшипники-на водной основе — одна из популярных тем исследований в Китае. Они используют большую теплоемкость воды и, как следствие, меньшее повышение температуры подшипников, частично решая серьезную проблему выделения тепла, свойственную обычным динамическим и гидростатическим подшипникам. Они в основном используются в приложениях с низкой-скоростью и большими-нагрузками.
Воздушно-гидростатические подшипники имеют низкую радиальную жесткость и чувствительны к ударам, но обладают хорошими-скоростными характеристиками и обычно используются в сверх-высоко-скоростных, легких-нагруженных и прецизионных шпинделях.
Радиально-упорные шарикоподшипники используются в высокоскоростных-шпиндельных узлах со значением dn менее 2,0 × 10⁶. Они отвечают требованиям с точки зрения ограничения скорости, грузоподъемности, жесткости и точности, стандартизированы и недороги. Характеристики радиально-упорных шарикоподшипников также можно улучшить следующими методами.
