现代机床行业正向高速和精密加工方向发展 ,高速精密机床在国外已经得到了广泛的使用 ,以车削、铣削加工代磨削加工已十分普遍 ,国内机床生产厂家也纷纷向这个方向发展。但在实际生产中 ,原来机床主轴平衡工艺遇到了新的问题。因为在理论上不平衡量引起的离心力为Ｆ =Ｕ·ω2式中 Ｕ———
不平衡量 ω———主轴的实际角速度 ,ω≈ 1/ｎ从上式可以看到 ,离心力Ｆ与主轴转速ω的平方成正比。因此机床在高速旋转时 ,不平衡量引起的振动和噪声会很大 ,大大影响了加工表面粗糙度 ,同时降低机床主轴轴承及机床的使用寿命。德国申克作为全球平衡机行业的权威企业 ,在高速机床主轴平衡方面已积累了丰富的经验 ,上海申克机械有限公司是德国申克在中国的独资企业 ,下面就机床主轴平衡方面的技术给国内机床生产厂家进行介绍。图 1 主轴组件例现在 ,数控机床的主轴转速已从过去的 3 0 0 0ｒ/ｍｉｎ提高到了 80 0 0ｒ/ｍｉｎ ,有些采用电主轴的高速机床其主轴转速更是高达 60 0 0 0ｒ/ｍｉｎ。Ｇ6.3的主轴平衡精度等级已经不能满足要求 ,需要Ｇ1或Ｇ0 .4甚至更高的主轴平衡精度。这意味着对5 0ｋｇ的机床主轴组件 ,剩余不平衡量要求在 1ｇ以下。这样仅仅对主轴做动平衡已经达不到这个要求。为此 ,申克公司提出了新的平衡观念 :对机床主轴组件做整体平衡。例如 :图 1所示的主轴组件 ,除有一个套筒可与箱体连接外 ,还有带轮、轴套等回转零件。由于零部件之间装配误差 ,即使带轮、轴套本身平衡精度很高 ,但由于零部件之间的累积不平衡量 ,主轴组件的整体平衡效果不好的可能性很大。在高速机床中 ,这必然造成机床的振动 ,影响表面加工质量。因此 ,需要对机床主轴做整体动平衡。实际上 ,国外机床主轴、带轮或其他零件上 ,都可以看到为校正不平衡量而留下的去重位置。图 2 ＨＳ型硬支承专用动平衡机申克公司推出的ＨＳ型硬支承专用动平衡机 (图 2 ) ,主要是用于对带有壳体的旋转零部件做整体动平衡。如 :机床主轴组件、汽车冷却风扇组件、脱排油烟机的风扇电动机组件和陀螺仪等。ＨＳ型动平衡机的支承架采用多自由度特殊设计 ,配置先进的数字化测量系统 ,即使通过壳体也能检测出旋转零件的不平衡量。而普通平衡机只能检测直接安置在平衡机滚轮上且 由平衡机驱动旋转的零件。ＨＳ型平衡机配上申克最新设计的高精密传感器能通过箱体测出旋转主轴的不平衡量,而主轴本身不需要做动平衡。如果ＨＳ机型装上滚轮支架 ,也能作为通用平衡机使用。对主轴组件进行正确的平衡和校正。高速机床的主轴组件如果采用同步带轮拖动 ,在做动平衡时 ,ＨＳ型平衡机用专用夹具和传动装置固定和驱动主轴旋转。主轴是轴类零件 ,需在两个校正平面上才能完全平衡 ,一般选择主轴前端面和后部同步齿型带轮作为两个校正面。但如果主轴组件采用的是电主轴 ,转速在 60 0 0 0～ 80 0 0 0ｒ/ｍｉｎ ,要达到Ｇ0 .4平衡精度等级必须与主轴箱体一起作动平衡 ,即将主轴箱体固定在平衡机支架座上 ,接上自驱动电源 ,在ＨＳ机型上就能测出主轴的微小不平衡量 ,并在电主轴指定位置进行去重 ,可测量的最小剩余不平衡量可达 0 .1ｇ·ｍｍ。选用高精度和高可靠性的测量系统。实践中 ,机床生产厂家的主轴组件一般品种多、形状复杂、校正困难 ,对平衡机测量系统提出了很高的要求。国际上最新的测量系统测速范围广、测量时间短 ,采用的是液晶屏幕 ,数据显示功能强大 ,根据用户的不同要求 ,可有矢量和分量两种显示方式 ,对主轴组件在安装前由于键槽、夹具等引起的不平衡量 ,测量系统可预先进行补偿。其他功能如对设备的自检功能、自动计算不平衡量功能、打印功能、平衡量及公差自动显示 ,更有在线检测等等功能 ,在此不一一赘述。申克公司另外还有专用的工具平衡机 ,用以解决刀具高速切削时产生的动平衡问题。现代平衡技术在高速数控机床上的运用@杨旭东$上海申克机械有限公司