牧野高速高精度加工中心的獨特性能

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   時間:2014-03-12 01:57:55
牧野高速高精度加工中心的獨特性能簡介
       現在整個加工行業似乎都在討論高速加工中心這個話題。在日本,牧野作為第一台加工中心研製廠商,對高速加工中心有其獨特的定義。當然力……
牧野高速高精度加工中心的獨特性能正文
  

   現在整個加工行業似乎都在討論高速加工中心這個話題。在日本,牧野作為第一台加工中心研製廠商,對高速加工中心有其獨特的定義。當然力量強勁集中的驅動控制器與機械行業專業科技的迅速發展成為機床達到驚人精確度與速度的必要條件。

高速加工中心也許在外部看來與傳統式的機床沒有多大差異。然而在機床內部的結構與技術卻迥然不同,並不只是說使用了高速主軸就是高速銑那麼簡單的事。事實上,不只是主軸,伺服控制器系統每一個部分的技術與設計的最優化以及基礎機械體系設計的戰略性更新都是創造優秀的高速銑不可缺少的組成部分。我們對高速加工中心的定義是:

·能提供高生產率;
·高轉速主軸;
·主軸加速與進給迅速;
·換刀與工作台旋轉迅速;
·大容量的切削處理功能;
·重切削時也能保證高可靠性。

在高速加工中心不斷完善的過程中,我們通常對一個健全高效機床研究甚多。但當我們以微米甚至更小的單位來衡量機床的精度,我們開始重新審視高效機床的定義。從機床的控制器體系機構到軸承,機床製造商們著手考慮如何使數控機床系統得到有效更新,從而提高效率,但是,重要的是必須讓所有的零件組合達到最高的運轉效率,體現出非凡的一致性與協調性。

主軸(Spinde)

收野高速加工中心利用整體式的主軸電動機以減少振動並防止熱量的產生導致對主軸的影響。牧野特別申請並保持至今的專利的主軸核心冷卻系統是牧野高速加工中心的一大法寶。

低速主軸通常使用鋼珠軸承,採用油脂潤滑。但隨著主軸轉速的不斷提高,當主軸轉速接近10000r/min時,潤滑油開始產出熱量並直接影響主軸精度與壽命。特別當主軸轉速達到12000r/min時,由於潤滑油而產生的熱量達到一定程度后,會聚集於主軸與刀具中。在客戶對機床功率與高轉速不斷苛求的今天,如何解決主軸問題對製造商而言是一大挑戰。

現有的技術是利用混合的陶瓷軸承來配合潤滑油,這樣的技術也許對於主軸在15000r/min時不成問題。我們也發現有些製造商也採用另一種軸承,其內部與外沿依然由金屬片組成,但旋轉部分是由剛性很強、持久耐用的陶瓷材料組成。熱量是軸承精度與壽命的天敵。在主軸運轉至10000r/min,比較有代表性的是使用油霧(Oil Air Lube)儀錶系統。此系統提供最少(但充分)的潤滑油以減少軸承產生熱量,另外,吹氣管也幫助驅散熱量。再剩餘的熱量被轉入一個不會在引起循環的冷卻系統中,被封閉起來。

牧野主軸並不採用油霧表系統,因為當油霧主軸的轉速低於15000r/ min時,潤滑主軸應該可以完成;但當主軸轉速超過15000r/min時,高速旋轉使主軸外產生一層保護氣流。主軸轉速越高這層氣體保護層越封閉,這樣一來旋轉產生的離心力令潤滑油不能充分潤滑主軸。同時,主軸內部的熱量得不到充分發散,當然也不可能迅速冷卻。久而久之,主軸產生大量的磨損,影響加工工件的精度。

牧野在主軸的冷卻問題中的處理十分合理。我們採用的主軸核心冷卻系統是獨一無二的。主軸內部的冷卻液是首先冷卻主軸內部核心。主軸中心冷卻系統採用大量受溫度控制的冷卻油,直接穿過旋轉主軸從內部開始冷卻。由此確保了即使是採用了80mm內徑軸承的剛性主軸,在高速運轉的情況也不會發生熱位移。其次,再冷卻主軸外殼,從而確保主軸溫度的平衡。另外,我們採用的潤滑油同時也是冷卻油,內壓潤滑即冷卻油從主軸內部流向軸承內環,然後穿過軸承內環上的孔同時冷卻整個軸承。由於從內部冷卻的軸承旋轉時的離心力與冷卻油流動動力方向一致,即使在高速旋轉的情況下,也可以保證潤滑的順利進行(已獲得專利)。所以,潤滑油即冷卻油通過軸承內滾道直接潤滑滾珠。收野稱為滾道下潤滑(Under-Race Lubrication)。我們做過試驗,與前述的採取油霧的主軸相比,牧野的主軸轉速快3倍。

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