主轴轴承预紧力智能调控组件设计及性能分析*

李颂华,高 鹏,王永华,王伟楠,赵梓辰

(沈阳建筑大学 a.机械工程学院;b.高档石材数控加工装备与技术国家地方联合工程试验室,沈阳 110168)

0 引言

随着高速、高精密加工的发展,高档数控机床对电主轴性能的要求不断提高。当数控机床进行大切深加工时,主轴转速较低,切削力较大,此时主轴单元需要较大的预紧力抑制主轴振动,保持轴体稳定性;当机床进行精加工时,主轴高速切削,其温升较快,此时在保证刚度的前提下,应尽可能减小主轴的预紧力,以降低工作温度,保证零件加工质量。然而,定压预紧和定位预紧方式,均是根据轴承制造商推荐预紧值进行装配预紧,难以在不同工况下发挥最优性能。过大的预紧力,会导致主轴产生大量热量,降低使用寿命。相反,若对主轴施加的预紧力较小,其回转精度将无法保证。适当的预紧力可以提高主轴的回转精度、使用寿命和刚度,保证加工精度和工件质量[1]。所以,提出一种主轴预紧力智能调控的方案意义重大。

控制单元响应速度快、控制精度高且结构紧凑化,是目前主轴预紧力主动控制的发展趋势,国内外学者进行了大量研究。某公司设计的液压预紧机构[2],通过控制油腔中的液压油量,推动轴承套使轴承产生轴向位移,实现预紧力的控制。但由于系统密封性不足,无法确保主轴转速和预紧力的线性关系,故在超高精度领域有一定局限性。HWANG等[3-4]提出了电磁力轴承预紧机构,通过改变电磁铁中的线圈电流,来调整磁吸引力挤压弹簧,将力作用在轴承上,具有响应速度快,分辨率高的优点。……