Tecnología de integración de husillo eléctrico de alta velocidad;
El husillo eléctrico es una nueva tecnología que combina husillos y motores de husillo en el campo de las máquinas herramienta CNC de los últimos años. Junto con la tecnología de motores lineales y la tecnología de herramientas de alta velocidad, impulsará el mecanizado de alta velocidad hacia una nueva era. El husillo eléctrico es un conjunto de componentes, incluido el husillo eléctrico en sí y sus accesorios: husillo eléctrico, dispositivo de conversión de frecuencia de alta frecuencia, lubricador por niebla de aceite, dispositivo de enfriamiento, codificador incorporado y dispositivo de cambio de herramienta.
Tecnología de integración de husillo eléctrico de alta velocidad;
Tecnología de rodamientos de alta velocidad: el husillo eléctrico suele utilizar rodamientos cerámicos compuestos, que son resistentes al desgaste y al calor, y tienen un vida útil varias veces mayor que la de los rodamientos tradicionales; a veces se utiliza levitación electromagnética o rodamientos hidrostáticos, los anillos interior y exterior no hacen contacto y la vida útil es teóricamente ilimitada;
Tecnología de motor de alta velocidad: El El husillo eléctrico es el producto de la fusión del motor y el husillo, y el rotor del motor es la parte giratoria del husillo. En teoría, el husillo eléctrico puede considerarse como un motor de alta velocidad. La tecnología clave es el equilibrio dinámico de alta velocidad;
Lubricación: la lubricación del husillo eléctrico generalmente utiliza lubricación cuantitativa regular con aceite y gas; también se puede usar lubricación con grasa, pero la velocidad correspondiente debe verse comprometida. El llamado timing significa rociar aceite a intervalos regulares. La denominada dosificación significa controlar con precisión la cantidad de aceite lubricante cada vez a través de un dispositivo llamado válvula dosificadora. La lubricación por aire y aceite inyecta aceite lubricante en los cojinetes cerámicos con ayuda de aire comprimido. El control de la cantidad de aceite es muy importante. Si es muy poco, no proporcionará lubricación; si es demasiado, el rodamiento se calentará debido a la resistencia del aceite cuando gira a alta velocidad.
Dispositivo de refrigeración: para disipar el calor del husillo eléctrico giratorio de alta velocidad lo más rápido posible, el refrigerante circulante suele pasar a través de la pared exterior del husillo eléctrico. La función del dispositivo de refrigeración es. mantener la temperatura del refrigerante.
Codificador de pulso incorporado: para realizar un cambio automático de herramienta y un roscado rígido, el husillo eléctrico tiene un codificador de pulso incorporado para lograr un control preciso del ángulo de fase y la coordinación con la alimentación.
Cambiador automático de herramientas: Para su uso en centros de mecanizado, el electrohusillo está equipado con un cambiador automático de herramientas, que incluye muelles de disco, cilindros de brochador, etc.
Método de sujeción de herramientas de alta velocidad: Las conocidas herramientas BT e ISO han demostrado ser inadecuadas para el mecanizado de alta velocidad. En este caso aparecieron herramientas de alta velocidad como HSK y SKI.
Dispositivo inversor de alta frecuencia: Para lograr decenas de miles o incluso cientos de miles de revoluciones por minuto del husillo eléctrico, se debe utilizar un dispositivo inversor de alta frecuencia para accionar el motor de alta velocidad integrado en el husillo eléctrico. La frecuencia de salida del inversor debe alcanzar miles o kilohercios.
Análisis de las ventajas de los husillos de alta velocidad;
En la unidad de husillo de alta velocidad, dado que la máquina herramienta requiere tanto mecanizado en desbaste como acabado, la rigidez estática y la precisión de trabajo son muy alto. Además, las características dinámicas de la unidad de husillo de máquina herramienta de alta velocidad también determinan o limitan en gran medida el precio, la calidad y las capacidades de corte de la máquina herramienta. Cuando hay una gran vibración durante el proceso de corte, la herramienta se desgastará o dañará gravemente, lo que también aumentará la carga dinámica en el cojinete del husillo, reducirá la precisión y la vida útil del cojinete y afectará la precisión del mecanizado y la calidad de la superficie. Por lo tanto, la unidad del husillo debe tener una alta resistencia a las vibraciones.
En comparación con el husillo tradicional general, el husillo eléctrico tiene un motor incorporado y la correa y los engranajes se abandonan en la transmisión. En el caso de operación a alta velocidad, los problemas de vibración y ruido se resuelven bien, se mejoran la precisión del mecanizado y la rugosidad de la superficie de la máquina herramienta y se pueden lograr cambios de velocidad más altos lo antes posible, es decir, el husillo debe tener Una gran aceleración angular al girar, mejora enormemente la eficiencia de producción.
El husillo eléctrico utilizado en máquinas herramienta de alta precisión no solo requiere una alta velocidad del husillo, sino que también requiere una alta precisión de rotación y baja vibración. Por lo tanto, durante la etapa de diseño del husillo eléctrico, es necesario analizar sus características dinámicas para determinar su velocidad crítica y forma de modo.
Para sistemas de ejes de alta velocidad, el análisis y diseño del rendimiento dinámico del rotor es un contenido importante que determina directamente el diseño de rendimiento del husillo. El rendimiento dinámico del rotor del husillo tiene un impacto crucial en si toda la máquina herramienta puede lograr un mecanizado de alta velocidad y precisión de mecanizado, la vida útil de los cojinetes del husillo y el funcionamiento normal de otros componentes clave. Además, los rodamientos cerámicos de bolas de contacto angular tienen las características de alta precisión de fabricación, velocidad límite alta y gran capacidad de carga. Pueden soportar cargas radiales y axiales, por lo que se utilizan ampliamente para soportar husillos de máquinas de alta velocidad. herramientas. Los movimientos y cargas de varios componentes de los rodamientos son complejos, especialmente los rodamientos de bolas de alta velocidad. La fuerza centrífuga y el par giroscópico cambian el estado operativo del rodamiento, afectando la relación entre la deformación del rodamiento y la carga, afectando así el rendimiento dinámico del sistema de rotor soportado por el rodamiento de bolas.
Selección de velocidad del motor del husillo de alta velocidad;
La selección del motor del husillo de alta velocidad, ya sea para procesamiento de metales ligeros o de metales pesados, depende de la naturaleza del procesamiento. material para seleccionar la velocidad. La razón por la que se deben seleccionar 24.000 ~ 60.000 rpm al procesar materiales con alta densidad es porque el material tiene alta densidad y gran dureza. El procesamiento a baja velocidad producirá rebabas y la superficie no será lisa. La razón por la que se eligen 3000 ~ 24000 rpm para procesar materiales de baja densidad es porque, para materiales de baja densidad, las altas velocidades de rotación pueden causar grietas por tracción.
El método de cambio de velocidad del husillo de alta velocidad:
1. Cambio de velocidad continuo
Las máquinas herramienta CNC generalmente utilizan servomotores de husillo de CC o CA para lograr un funcionamiento continuo. cambio de velocidad del husillo.
El motor de husillo de CA y el dispositivo de accionamiento de frecuencia variable de CA (motor de CA de inducción de jaula de ardilla con sistema de regulación de velocidad de frecuencia variable de conversión vectorial) no tienen escobillas ni chispas, tienen una larga vida útil y su rendimiento alcanza el nivel de los sistemas de accionamiento CC, incluso en condiciones de ruido. Por ello actualmente es muy utilizado.
Relación entre la potencia o par transmitido por el husillo y la velocidad de rotación. Cuando la máquina herramienta funciona continuamente, la velocidad del husillo está en el rango de 437 ~ 3500 r/min y el husillo transmite toda la potencia del motor, que es la zona de potencia constante II del husillo (línea continua). En esta zona, el par de salida máximo del husillo (245 N.m) disminuye a medida que aumenta la velocidad del husillo. Cuando la velocidad del husillo está en el rango de 35 ~ 437 r/min, el par de salida del husillo es constante, lo que se denomina área de par constante I (línea continua) del husillo. En esta región, la potencia que el husillo puede transmitir disminuye a medida que disminuye la velocidad del husillo. Las líneas de puntos en la figura indican la zona de potencia constante y la zona de par constante cuando el motor está sobrecargado (se permite la sobrecarga durante 30 minutos). La potencia de sobrecarga del motor es de 15 kW y el par máximo de salida de sobrecarga es de 334 N.m.
2. Cambio de velocidad gradual y continuo
En la producción real, las máquinas herramienta CNC no necesitan potencia constante en todo el rango de velocidades. Generalmente, la sección de velocidad media a alta requiere una transmisión de potencia constante y la sección de baja velocidad requiere una transmisión de par constante. Para garantizar que el husillo de las máquinas herramienta CNC tenga un mayor par a bajas velocidades, el rango de velocidad del husillo debe ser lo más amplio posible. Algunas máquinas herramienta CNC han agregado cambios de velocidad de engranajes sobre la base de la velocidad continua del motor de CA o CC. cambios, realizándolos paso a paso.
Métodos de lubricación del husillo de alta velocidad:
Los métodos de lubricación comúnmente utilizados de los cojinetes del husillo de alta velocidad incluyen lubricación con grasa, lubricación por niebla de aceite, lubricación con aceite-aire, lubricación por chorro y Lubricación debajo del anillo.
La lubricación con grasa no requiere ningún equipo y es un método de lubricación comúnmente utilizado para husillos de baja velocidad. Los husillos con un valor dn superior a 1,0×106 están en su mayoría lubricados con aceite.
La lubricación por niebla de aceite consiste en lubricar los rodamientos después de atomizar el aceite lubricante (como el aceite de turbina) con aire presurizado. El método es fácil de implementar y el equipo es sencillo. La neblina de aceite no sólo lubrica, sino que también enfría los rodamientos. Sin embargo, la neblina de aceite no es fácil de recuperar y la contaminación ambiental es grave. Se reemplaza gradualmente por un nuevo método de lubricación con petróleo y gas.
Lubricación con aceite y gas significa que una pequeña cantidad de aceite lubricante se lleva directamente al área de lubricación del rodamiento mediante aire comprimido a lo largo de la pared de un oleoducto y gasoducto especial a intervalos regulares sin atomización. El aceite lubricante lubrica y el aire comprimido promueve el movimiento del aceite lubricante y enfría los rodamientos. El petróleo y el gas siempre están separados, lo que favorece la recuperación del aceite lubricante y no contamina el medio ambiente. Al implementar la lubricación con petróleo y gas, generalmente se requiere que cada rodamiento tenga una boquilla de aceite y gas separada, y existen requisitos estrictos para la posición de la inyección de aceite del rodamiento, de lo contrario, será difícil garantizar el efecto de la lubricación. La lubricación de petróleo y gas también se ve afectada por el flujo de aire comprimido y la presión de petróleo y gas.
En términos generales, aumentar el flujo de aire puede mejorar el efecto de enfriamiento, mientras que aumentar la presión del petróleo y el gas no solo puede mejorar el efecto de enfriamiento, sino que también ayuda a que el aceite lubricante llegue al área de lubricación. Por lo tanto, aumentar la presión del petróleo y el gas ayuda a aumentar la velocidad del rodamiento.
Los experimentos muestran que, en comparación con la presión de lubricación convencional de petróleo y gas, aumentar la presión puede aumentar la velocidad del rodamiento en un 20%. La lubricación por inyección utiliza directamente aceite lubricante a alta presión para lubricar y enfriar los rodamientos, lo que consume mucha energía y cuesta mucho. Comúnmente utilizado en husillos de velocidad ultraalta con valores dn superiores a 2,5×106.
La lubricación debajo del anillo es un método de lubricación mejorado, que se divide en lubricación con aceite debajo del anillo y lubricación con aceite y gas debajo del anillo. Cuando se realiza la lubricación con aceite o gas de petróleo debajo del anillo, el aceite o el gas de petróleo se rocía desde el anillo interior del rodamiento hacia el área de lubricación. El aceite llega al área de lubricación del rodamiento más fácilmente bajo la acción de. Fuerza centrífuga, por lo que el efecto es mejor que la lubricación por pulverización ordinaria y la lubricación con gas y petróleo, y se puede mejorar aún más la velocidad del rodamiento. Por ejemplo, el valor dn de los rodamientos de bolas cerámicos de contacto angular es de aproximadamente 2,0×106. Al aumentar la presión del petróleo y el gas, el valor dn se puede aumentar a 2,2×106.