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畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 1.1國內(nèi)外機(jī)床主軸研究現(xiàn)狀 （1）國內(nèi)研究現(xiàn)狀 目前國內(nèi)研究高速電主軸的科研機(jī)構(gòu)有我國河南省洛陽軸承研究所 ,他們能自行研究開發(fā)電主軸 ,其DmN值達(dá)到了很高的水平 ;廣州鉅聯(lián)高速電主軸有限公司研發(fā)的大功率靜壓軸承電主軸曾獲得日內(nèi)瓦國際專利技術(shù)博覽會金獎 ;廣東工業(yè)大學(xué)高速加工和機(jī)床研究所也開發(fā)了數(shù)控銑床高速電主軸。其主要技術(shù)指標(biāo)為 :電主軸的額定功率是 13.5kW ,最高轉(zhuǎn)速為 180 0 0r/min ,在額定轉(zhuǎn)速 5 0 0r/min時產(chǎn)生最大輸出轉(zhuǎn)矩為 85Nm。在我國的安陽市 ,有一家中外合資的電主軸生產(chǎn)廠家———安陽萊必泰機(jī)械有限公司 ,它擁有先進(jìn)的電主軸、機(jī)床主軸設(shè)計和制造技術(shù)。該公司研制生產(chǎn)的加工中心電主軸 ,采用先進(jìn)技術(shù) ,配有矢量閉環(huán)控制系統(tǒng) ,能對主軸實(shí)行恒功率調(diào)速 ,準(zhǔn)停制動。功率為 3.7～ 2 5kW ,恒功率段 15 0 0～ 12 0 0 0r/min。采用進(jìn)口高速精密軸承 ,旋轉(zhuǎn)件經(jīng)高精度平衡。該系列產(chǎn)品具有高精度、高剛度、高速度、低噪聲、低振動、低溫升等優(yōu)點(diǎn) ,系99國家火炬計劃項(xiàng)目。 （2）國外研究現(xiàn)狀 國外高速電主軸技術(shù)由于研究較早 ,技術(shù)水平也處于領(lǐng)先地位 ,電主軸已越來越多地應(yīng)用到工業(yè)制造業(yè)中。著名的有瑞士的Fisher公司、Ibag公司、德 國的GMN公司、Hofer公司、Siemens公司、意大利Faemat公司、Gamfior公司及美國Ingersoll公司、日本Okuma公司和Fanuc公司等,它們的技術(shù)水平代表了這個領(lǐng)域的世界先進(jìn)水平。 這些公司生產(chǎn)的電主軸較之國內(nèi)生產(chǎn)的有以下幾個特點(diǎn) :①功率大、轉(zhuǎn)速高。②采用高速、高剛度軸承。國外高速精密主軸上采用高速、高剛度軸承 ,主要有陶瓷軸承和液體動靜壓軸承 ,特殊場合采用空氣潤滑軸承和磁懸浮軸承。③精密加工與精密裝配工藝水平高。④配套控制系統(tǒng)水平高。這些控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子自動平衡系統(tǒng)、軸承油氣潤滑與精密控制系統(tǒng)、定轉(zhuǎn)子冷卻溫度精密控制系統(tǒng)、主軸變形溫度補(bǔ)償精密控制系統(tǒng)等。并在此基礎(chǔ)之上,這些外國廠家如美國、日本、德國、意大利和瑞士等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已生產(chǎn)了多種商品化高速機(jī)床。如瑞士米克朗公司 ,就是世界上著名的精密機(jī)床制造商。它生產(chǎn)的機(jī)床配備最高達(dá) 6 0 0 0 0r/min的高速電主軸 ,可以滿足不同的切削要求 ,所有的電主軸均裝有恒溫冷卻水套對主軸電機(jī)和軸承進(jìn)行冷卻 ,并通過高壓油霧對復(fù)合陶瓷軸承進(jìn)行潤滑。所有的電主軸均采用矢量控制技術(shù) ,可以在低轉(zhuǎn)速時輸出大扭矩。 國產(chǎn)電主軸和國外產(chǎn)品相比較 ,無論是性能、品種和質(zhì)量都有較大差距 ,國產(chǎn)電主軸產(chǎn)品和國外的相比較 ,主要存在以下差距 :(1)國外電主軸低速段的輸出扭矩最大可達(dá) 30 0Nm ,而我國目前僅在 10 0Nm以內(nèi)。(2 )在高轉(zhuǎn)速方面 ,國外用于加工中心的電主軸轉(zhuǎn)速已達(dá) 75 0 0 0r/min ,我國則多在15 0 0 0r/min以內(nèi)。(3)電主軸的軸承潤滑 ,國外普遍采用油氣潤滑 ,而我國仍用油脂潤滑。(4 )其他配套技術(shù)也有較大差距 ,如主軸電機(jī)矢量控制、交流伺服控制技術(shù)、精確定向技術(shù)、快速啟動、停止等。(5 )在產(chǎn)品的品種、規(guī)格、數(shù)量和制造規(guī)模等方面 ,國產(chǎn)電主軸仍然處于小量研發(fā)試制階段 ,沒有形成系列化、專業(yè)化 ,遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)數(shù)控機(jī)床和加工中心發(fā)展的需求。所以目前國產(chǎn)的高轉(zhuǎn)速、高精度數(shù)控機(jī)床和加工中心所用的電主軸 ,仍然主要從國外進(jìn)口。 1.2主軸技術(shù)的發(fā)展趨勢 1）繼續(xù)向高速度、高剛度方向發(fā)展 由于高速切削和實(shí)際應(yīng)用的需要，隨著主軸軸承及其潤滑技術(shù)、精密加工技術(shù)、精密動平衡技術(shù)、高速刀具及其接口技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床用電主軸高速化已成為目前發(fā)展的普遍趨勢，如鉆、銑用電主軸，瑞士IBAG的HF42的轉(zhuǎn)速達(dá)到140000r／min，英國WestWind公司的PCB鉆孔機(jī)電主軸D1733更是達(dá)到了250000r／min；加工中心用電主軸，瑞士FISCHER最高轉(zhuǎn)速達(dá)到42000r／min，意大利CAMFIOR達(dá)到了75000r／min。在電主軸的系統(tǒng)剛度方面，由于軸承及其潤滑技術(shù)的發(fā)展，電主軸的系統(tǒng)剛度越來越大，滿足了數(shù)控機(jī)床高速、高效和精密加工發(fā)展的需要。 2） 向高速大功率、低速大轉(zhuǎn)矩方向發(fā)展 根據(jù)實(shí)際使用的需要，多數(shù)數(shù)控機(jī)床需要同時能夠滿足低速粗加工時的重切削、高速切削時精加工的要求，因此，機(jī)床電主軸應(yīng)該具備低速大轉(zhuǎn)矩、高速大功率的性能。如意大利CAMFIOR、瑞士Step—Tec、德國GMN等制造商生產(chǎn)的加工中心用電主軸，低速段輸出轉(zhuǎn)矩到200Nm以上的已經(jīng)不是難事，德國CYTEC的數(shù)控銑床和車床用電主軸的最大扭矩更是達(dá)到了630N·m；在高速段大功率方面，一般在l0～50kW；CYTEC電主軸的最大輸出功率為50kW；瑞士Step—Tec電主軸的最大功率更是達(dá)到65kW(S1)，用于航空器制造和模具加工；更有電主軸功率達(dá)到80kW 的報道。 3） 進(jìn)一步向高精度、高可靠性和延長工作壽命方向發(fā)展 用戶對數(shù)控機(jī)床的精度和使用可靠性提出了越來越高的要求，作為數(shù)控機(jī)床核心功能部件之一的電主軸，要求其本身的精度和可靠性隨之越來越高。如主軸徑向跳動在0.001mm 以內(nèi)、軸向定位精度<0.0005mm以下。同時，由于采用了特殊的精密主軸軸承、先進(jìn)的潤滑方法以及特殊的預(yù)負(fù)荷施加方式，電主軸的壽命相應(yīng)得到了延長，其使用可靠性越來越高。Step—Tec的電主軸還加裝了加速度傳感器，降低軸承振動加速度水平，為了監(jiān)視和限制軸承上的振動，安裝了振動監(jiān)測模塊，以延長電主軸工作壽命。 4） 快速啟動、停止響應(yīng)速度加快 為縮短輔助時間，提高效率，要求數(shù)控機(jī)床電主軸的啟、停時間越短越好，因此需要很高的啟動和停機(jī)加(減)速度。目前，國外機(jī)床電主軸的啟、停加速度可達(dá)到lg以上，全速啟、停時間在ls以內(nèi)。 5） 軸承及其預(yù)加載荷方式、潤滑方式多樣化 除了常規(guī)的鋼制滾動軸承外，近年來陶瓷球混合軸承越來越得到廣泛的應(yīng)用，潤滑方式有油脂、油霧、油氣等，尤其是油氣潤滑方法(又Oil-air)，由于具有適應(yīng)高速、環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)，得到越來越廣泛的推廣和應(yīng)用；滾動軸承的預(yù)負(fù)荷施加方式除了剛性預(yù)負(fù)荷(又稱定位預(yù)負(fù)荷)、彈性預(yù)負(fù)荷(又稱定壓預(yù)負(fù)荷)之外，又發(fā)展了一種智能預(yù)負(fù)荷方式，即利用液壓油缸對軸承施加預(yù)負(fù)荷，并且可以根據(jù)主軸的轉(zhuǎn)速、負(fù)載等具體工況控制預(yù)負(fù)荷的大小，使軸承的支承性能更加優(yōu)良。在非接觸形式軸承支承的電主軸方面，如磁浮軸承、氣浮軸承電主軸(瑞士IBAG等)、液浮軸承電主軸(美國Ingersoll等)等已經(jīng)有系列商品供應(yīng)市場。 6）向多功能、智能化方向發(fā)展 在多功能方面，有角向停機(jī)精確定位(準(zhǔn)停)、C軸傳動、換刀中空吹氣、中空通冷卻液、軸端氣體密封、低速轉(zhuǎn)矩放大、軸向定位精密補(bǔ)償、換刀自動動平衡技術(shù)等。在智能化方面，主要表現(xiàn)在各種安全保護(hù)和故障監(jiān)測診斷措施，如換刀聯(lián)鎖保護(hù)、軸承溫度監(jiān)控、電機(jī)過載和過熱保護(hù)、松刀時軸承卸荷保護(hù)、主軸振動信號監(jiān)測和故障異常診斷、軸向位置變化自動補(bǔ)償、砂輪修整過程信號監(jiān)測和自動控制、刀具磨損和損壞信號監(jiān)控等，如Step-Tec 電主軸安裝有診斷模塊，維修人員可通過紅外接口讀取數(shù)據(jù)，識別過載，統(tǒng)計電主軸工作壽命。 參考文獻(xiàn) [1]鄭修本.機(jī)械制造工藝學(xué).機(jī)械工業(yè)出版社,2012,03 [2]韓秋實(shí).械制造技術(shù)基礎(chǔ).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010 [3] 谷玉芳.立式加工中心主軸箱的抗振特性研究和拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計[D].陜西科技大學(xué) 2012. 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