CNC工作機械用高速電動主軸技術の要点分析

ポイント1：高速電動スピンドル。数値制御工作機械核となる部品である。ポイント2：重量が軽く、コンパクトな構造で、運転中の慣性があまり発生しない。ポイント3：応答特性が良く、スピンドルのダイナミックバランスを改善できる。ポイント4：動的性能が良い。ポイント5：高速スピンドルは工作機械の運転効果に決定的な役割を果たす。ポイント6：本稿では、CNC工作機械、高速電動主軸技術の研究に焦点を当てる。

キーワード：CNC工作機械;高速;電動スピンドル;テクニカルポイント

高速運転用の主軸、つまり主軸モーターユニットと呼ばれる内蔵型の一種で、CNC工作機械の中でもかなり重要な部品である。工作機械の主軸ユニットには、主軸モータの内部位置に設置され、主軸の駆動を担い、モータと主軸が一体となっている。CNC工作機械の運転効率を向上させたいなら、高速スピンドルの技術ポイントをマスターし、その長所を十分に発揮し、同時にスピンドル技術の絶え間ない改善を推進する必要がある。

1、高速電動スピンドルには次のような利点がある。

CNC工作機械では、従来のスピンドル動作は、歯車などの主駆動中間歯車の役割の間にモータ駆動の劇中だけでなく、ベルトやカップリングなどの伝動装置を駆動する、また、分離型と直結スピンドルのイメージとして知られている “機械スピンドル ”です。電動スピンドルの従来のスピンドルに対する利点は次の通りである。

(1)主軸の運転時、主軸は装置内部のモーターで駆動され、中間位置の変速装置と伝動装置で駆動する必要がなく、その設計構造はシンプルでコンパクトな状態を示し、運転効率を向上させる目的を達成することができ、精度はかなり高い。運転中、大きな騒音が発生せず、振動が極めて小さい。

(2)交流周波数変換技術をフルに活用し、定格回転数範囲内では、主軸は無段変速が可能で、工作機械の運転時には、主軸は作業条件や負荷の変化に関係なく、良好な適応性を有する。

(3)モーターは内部操作でクローズドループベクトル制御によって制御することができ、制御命令に従って効果的に動力を調整することができ、また駆動装置の走行速度と出力トルクを柔軟に制御することができる。低速重切削、高トルク状況、高速仕上げ状況など、様々なタイプの高出力要求を実現でき、モータースピンドルは準停止の実現に優れた役割を果たすことができ、C軸駆動機能を有する。

(4)電動主軸は高速運転ができ、安定性がよく、動的精度が高いため、CNC工作機械の切削速度が速くなり、加工精度も向上する。

(5)電動スピンドルの走行時、中間伝動リンクを通らないので、滑らかさが向上し、さらに優れたことに、外部からの衝撃を受けないので、スピンドルベアリングが大きな動荷重に耐える必要がなく、最終的に精密寿命の延長という結果を実現する。

(6)このような部品があり、それはモーターとスピンドルの組み合わせを全体にして、ユニットを形成することができ、そのおかげで、それは直列生産を通じて、一定の規模に達することができ、より専門化された生産、それは電気スピンドルである。スピンドルやCNC工作機械の機能部品だけでなく、市場に商品の形で。企業は主軸を選択するホストCNC工作機械の動作の必要性に応じてすることができますので、開発のモジュラー形式に向かって工作機械は、推進に小さな役割を果たすことができます。

2、高速電動スピンドルの技術ポイント

2.1 高速電動スピンドル用高速精密軸受技術

電動スピンドルシステムでは、スピンドル軸受技術は、3つのタイプ、すなわち、動的および静的な圧力軸受、アンギュラ玉軸受と磁気浮上軸受を含む、キーであり、そのうち、動的および静的な圧力軸受は、静圧軸受と動圧の組み合わせであり、優れた高速性能を持っている2つの利点を一緒に持って、間隔の調整の速度が大きい、スピンドルサポートの役割を果たすアンギュラ玉軸受のより一般的な使用は、高速の性能である。一定の影響があります。この現象の主な理由は、ボールが窒化ケイ素材料で作られているということです、高速の状況では、ボールは遠心力の増加を行います。遠心力が増加した後、ジャイロトルクが増加し、ベアリングの高速性能を十分に発揮することができ、転動体の直径も小さくなります。ベアリングの製造コストが高く、制御システムが非常に複雑なため、ベアリングの動作中に発生する熱の問題を解決するのは容易ではないため、特別な場合にのみ使用されます。

2.2 高速電動スピンドル用のダイナミックバランシング技術

運転速度の速い高速スピンドルは、高精度な運転と高い加工効率を特徴としていますが、これらの特性は動的なバランシングに基づいています。モータースピンドルの運転状態は、製造要因、スピンドル据付時の誤差、不均一な材料条件など多くの要因に影響され、必ずアンバランス運転の問題につながります。一般的に言えば、主軸の走行過程において、その走行速度は/分を超え、60,000~/分に達することもある。 アンバランスの存在は極めて小さいが、主軸が走行過程にある時、いつでも主軸の回転精度に影響を与える可能性をカバーし、さらには軸受システムの安定性の影響を伴うため、高速モーター主軸の動的バランス精度を確保することが重要である。したがって、高速電動主軸の動的バランシング精度は厳しく要求されなければならない。

モータースピンドルの設計分野では、スピンドルのバランスを向上させるために、加工や組み立ての工程で精度を向上させることに重点を置いて、左右対称の構造が利用されています。工場から出荷される際には、初期の動的バランスを慎重に調整し、スピンドル自体のバランスを向上させます。しかし、それでもスピンドルに使用されている工具が微妙に左右非対称であったり、工具が摩耗していたり、工具に切粉が付着していたりして、再びバランスが崩れる場合があります。実際の作業条件の複雑さを考慮すると、主軸工具システムは、切削力の加振、遠心力、熱変形などの様々な外乱を受け、これらの要因に基づいて主軸システムに損傷を与え、安定した動作状態を維持することが困難になります。CNC工作機械が効率的に実行することができ、安定していることを確認するために、高速運転で主軸をしたい、それは、設計にダイナミックバランシングシステムのオンライン操作、自動化された操作が必要なだけでなく、継続的な改善の実際のアプリケーションのニーズに応じて、その値に良いプレーを与えるように。

2.3 高速電動スピンドルの潤滑技術

高速電気スピンドルの潤滑作業のために、焦点は、科学的かつ効果的な潤滑システムの使用を必要とする主軸軸受に潤滑されるように、ベアリングの温度上昇を制御するように、工作機械の技術システムの動作の精度を向上させるだけでなく、安定性を確保しようとしている。グリース潤滑、オイルミスト潤滑またはスプレー潤滑法の選択のニーズに合わせて潤滑の選択、および軸受の種類、動作速度、負荷などの高速電気スピンドル。

2.4 高速電動スピンドルの冷却技術

スピンドルの場合、モータのステータはそこに設置され、スピンドルは密閉設計を採用し、高速運転時、放熱条件の不足のため、シェルの過熱現象が発生し、スピンドルは二つの熱源を備え、一つはモータの運転による熱の損失であり、二つ目の熱源はベアリングの運転と熱により発生する摩擦である。モータの動作が熱を生成し、放熱の主な役割は、軸受の急速な温暖化をもたらし、軸受にスピンドルを介して熱のスピンドルシェル、一部であり、その寿命は、スピンドルシステムの影響の熱伸長によるスピンドルの製造の精度は、スピンドルの動作の安定性と信頼性を保証することはできません影響を受けます。冷却スピンドル、循環冷却水ジャケットの設置に接続された最初のステータとシェルだけでなく、合理的な潤滑を使用して、熱を減らすためにベアリングを潤滑するだけでなく、潤滑効果を果たしているだけでなく、冷却効果を果たしている。

2.5 高速電動スピンドル用スピンドルモーター技術

モータスピンドルに使用されるモータのほとんどは交流非同期誘導モータである。 永久磁石モータの性能向上の観点から、交流永久磁石同期モータが広く使用されるようになり、モータスピンドルに関する限り、ロータはもはや熱を発しない、モータスピンドルは熱変形を生じない、ロータ損失がない、モータスピンドルの運転効率が改善された、イナーシャが低減された、起動および準停止速度が加速された、モータスピンドルが低速で運転されているときにも良好な性能を維持することができるという利点を示す。スピンドルの運転効率が改善され、回転慣性が低減され、始動・準停止速度が加速され、スピンドルの低速運転時にも良好な性能が維持される。

2.6 高速電動スピンドルの精密加工・精密組立技術

主軸が高速回転する場合、主軸の剛性と回転精度を確保しなければならず、重要な部品は精密に加工しなければならず、超精密加工もしなければならず、主軸の部品を組み立てる時、精度を向上させなければならない。主軸ユニット、ワークの精密加工、シェル加工、ベアリングハウジング加工など、精度が高くなければならない、主軸の高速回転でベアリングスペーサ、加工精度の要求も高い。また、高速電動スピンドル加工ツールアセンブリは、高度な技術を使用するには、要件を満たすためにアセンブリの精度。

2.7 高速電動スピンドルの温度保護技術

その時の高速CNCフライス盤の設計は、主軸の冷却に冷却システムを起動する必要があり、主軸頭は3つのベアリング、フロントベアリング、ミドルベアリングとリアベアリング、主軸の動作が装備されており、その速度に応じて、電力が異なっている、主軸の近くにベアリングの温度センサは、主軸軸受温度のリアルタイム監視ができるようになります。その後、温度センサは、信号を収集するために、プログラマブルロジックコントローラの入力モジュールの機能、4への信号を生成するためにセンサの様々な再生する - 異なる信号の分類の20mA。工作機械を設計するとき、制御システムの制御命令シーケンスを準備する過程で、センサーの信号状態に基づいて主軸軸受の温度を定量化し、さらに手元の問題の関連パラメータを明確にするための設定の関連コンテンツを完了するために、それに対応する解釈マークを与えることが必要である。温度上昇からベアリングを保護するために、プログラムで閾値制限を設定する必要があります。

上記の研究を使用して明確に理解することができる、製造機械製品の動作は、高速加工技術の使用は、多くの問題を解決することができ、加工精度は非常に高く、品質が保証されているため、製造業でこの技術は広く使用されており、主流の技術となっている。現在、高速電動スピンドル技術は急速に進歩し、各業界のニーズに応じて、技術の応用効率を高めるために、技術の深さを追求するために、その省エネ、環境に優しい特性を発揮する必要があり、インテリジェントな開発を達成するために。

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