高速靜壓電主軸動平衡結構設計-功能部件網-數控機床市（shì）場網

您現在的位置：功能部件網> 技術前沿>高（gāo）速靜壓電主（zhǔ）軸動平衡結構設計

高速靜壓電主軸（zhóu）動平衡結構設計

2021-1-8 來源（yuán）：上（shàng）海機床廠（chǎng）有（yǒu）限公司作者：吳（wú）輝鋼杜雄

摘要 : 高速靜壓電（diàn）主軸轉子的動態平衡精度會影（yǐng）響工件（jiàn）的加工精度。基於動平衡技術，先從（cóng）後置式靜壓（yā）電主軸產生動不平（píng）衡的原因出發，在電主軸裝配和調試以及裝機後進行加（jiā）工所處的不同階段，設置不同的動平衡結構來（lái）確保主軸係統的動平衡精度 ; 之後將該動平衡（héng）結構設計方法擴展應用到內置式靜壓電主（zhǔ）軸。在結構設計（jì）時（shí）增加動平衡的（de）結構，可推廣應（yīng）用到其他類似的高速轉子結構中。

關鍵詞 : 靜壓電主軸（zhóu）、後置式、內置式、動（dòng）平衡結構

隨著機械加工工（gōng）藝的發展（zhǎn），體現高切（qiē）削速度、高進給速度、高加工精度等特征的高（gāo）速（sù）精（jīng）密數（shù）控機床是裝備製造業技（jì）術的發展（zhǎn）方向。高速（sù）精密數控機床（chuáng）不僅具有極高的生產效率，而且（qiě）可顯著提高零件的加工精度和表麵質量。高（gāo）速精密（mì）數（shù）控機床的工作性能，首先取決於高速主軸單元的（de）性能。液體動靜（jìng）壓軸承（chéng）由於具有承載能力大、抗振性能好、使用壽命長等優點，以液體動靜壓軸承為支撐，再將主軸電動機與機床主軸 “合二為一” 形成（chéng）的靜壓（yā）電主軸結（jié）構，具（jù）有回轉精度高、剛（gāng）性好、調速範圍寬、轉動慣量（liàng）小、可快速啟（qǐ）動和（hé）停車等特點，在精密機（jī）床結構中取（qǔ）得了不少的應用。

凡運轉著的（de）機械設備普遍（biàn）地（dì）存在振動，況（kuàng）且振動在多數場合是有害的，它大大影響了機械設備的運行狀況、工作精度，縮短了使用壽命（mìng）。在引發機械振動的諸多原因（yīn）中，機械的旋轉零部件

質量（liàng）分布不均衡（héng）不對稱引起的不平衡離心慣性力是一個（gè）重要的激勵因素。旨在調整（zhěng）轉子（zǐ）的質量分布，將主軸轉子在運轉時由原先因質（zhì）量分布不均衡不對稱而引發的軸頸的振動或作用軸承上的動

壓力（lì）減少到（dào）允（yǔn）許範圍（wéi）內的機械平衡技術早就（jiù）成為減小機械（xiè）振動（dòng）的一個（gè）關鍵技術。

圖 1 後置式（shì）靜壓（yā）電主（zhǔ）軸結構示意圖

本文在後置式靜壓電主軸和內置式靜壓電主軸結構設計時增加動平（píng）衡結構，在零件動平（píng）衡、現場（chǎng）動平衡和在線動平衡三（sān）個不同的階段來提高（gāo）主軸轉子的動平衡精度，提升軸係的性能。

1.後置式靜壓電主軸動平衡結構設計

典（diǎn）型的後置式靜壓（yā）電主軸如圖 1 所示，電機轉子安裝在電主軸的尾部，具有結構簡單、安（ān）裝（zhuāng）維修方便等優點。同時也存在不少缺點，這是由於電機轉子安裝在後靜壓軸承的外（wài）側，為懸臂端，而且是主軸裝入軸承後才能安（ān）裝電（diàn）機轉子，其動平衡精度不會很高（gāo），這樣就大大影響了主軸轉子的回（huí）轉精度，無法保證工件輪廓（kuò）型麵的加工精度。

為了提升後置式靜壓電主軸的運行性能和精度，結構（gòu）設計時就需在不同的階（jiē）段針（zhēn）對動平衡布置不同的動平衡結構，分析過程如下 : 首先在（zài）主軸上添加動平衡結構，確保主軸高速回轉零件的（de）動平衡精度。如圖 2 所（suǒ）示，在主軸（zhóu）前後（hòu）靜壓軸承支承之間的軸段選（xuǎn）取某一個截麵（miàn），命名為 A-A截（jié）麵，在 A-A 截麵上沿圓周加工一圈均勻分布而且深淺一致的螺紋孔，在（zài）主軸尾端的端麵上外圓最外（wài）側加工一圈均勻（yún）分布而且深（shēn）淺一致的螺紋孔（kǒng）。這樣就可以借助於動平衡機，先測（cè）量出主軸的動不平衡量，通過在螺紋孔所在位置增加配重來調整主軸動平衡。

按圖 1 將後置（zhì）式靜壓電主軸裝配（pèi）完成後，主軸上又裝配了隔套和電機轉子等零件，這些零件會造成主軸轉子（zǐ）形成新的（de）動不平衡，然而此時不可能再（zài）將裝有隔套和電機（jī）轉子的（de）主軸（zhóu）在動平衡機上進行動平衡的。為了保證裝配過程中的性能，此時可以借助便攜式動平衡儀，通過增減重的方式進行動平衡（héng）。根據實施條件，形成了圖 3 所示的動平衡結構設計方案（àn），即在主軸的後端再安裝一個法蘭零件（jiàn）。具體的方法是，在圖 3 所示主軸前端安裝砂輪的位置加（jiā）工一圈均布深淺一致的（de）螺紋孔，以及在法蘭零件上加工出一圈均布深（shēn）淺一致的（de）螺紋孔（kǒng），借助於便攜式動平（píng）衡儀（yí），對完成裝配的主軸係統進行動不平衡量測量，在上述兩個位置增加配重完成對主（zhǔ）軸係統的現場調試動平衡。

圖 2 主（zhǔ）軸零（líng）件（jiàn）動平衡時設（shè）置動平衡結構

圖 3 現場調試時增加動（dòng）平衡結構

在實際切削加工（gōng）時，電主軸上還要裝上切削刀具，為了保證切（qiē）削加工的質量，高速主軸（zhóu）係統一般還需配置在線動平衡儀。對於高速靜壓電主軸來說，一般是內嵌在線動平衡儀，這樣（yàng）就需在主軸上中心打孔。如圖 4 所示，在主軸上加工出安裝在線動平衡（héng）儀的中心（xīn）孔，就可通過發射器、接收器、傳輸線、振動傳感器、動平衡頭等形成的在線動平（píng）衡設備，將振動傳感器的振動信號與動平衡頭內（nèi）平衡塊的相位信號進行動（dòng）平衡運算，根據運算結果驅動動平衡頭內部的平衡塊進（jìn）行轉（zhuǎn）動，實現在線動平衡。

2.內置式靜壓電（diàn）主軸動平衡結構設計

內置式（shì）靜壓電主軸內置的電機轉子和主軸（zhóu）直接由前後靜壓軸承支承，動不平衡的大小（xiǎo）相對後置式靜壓電主軸要小，但總會存在一定的動不平衡量。為了提升內置式靜壓電主軸的動態（tài）運行性能和精（jīng）度，借鑒後置式（shì）靜壓電主軸的動（dòng）平衡結構設計方法也（yě）可以（yǐ）減小動不（bú）平衡量（liàng）。

圖 4 具有完整動平衡功能的後置式電主軸

主（zhǔ）軸和電機（jī）轉子在熱裝前各（gè）自存在自身的（de）動不平衡量，熱裝後如果相位比較合理是（shì）可能抵消一部分的不平衡量，如果依靠選擇相位來減小動不平衡量，顯得就比較麻煩，不（bú）推薦使用。主軸熱（rè）套電機轉子時，主軸已是（shì）熱處理後經精密磨削加工的主軸（zhóu），不再允許（xǔ）在（zài）動平衡機上對其去除重量而進行動平衡的。如圖 5 所示，按圖 2 的方法先在前靜壓軸承和電機轉子之間軸段以及主軸尾端（duān）端麵各自加工出一圈均布和深淺一致的螺紋孔（kǒng），通過增加配重的（de）方法在動平衡機上進行（háng）動平衡。

圖 5 主軸熱（rè）套電（diàn）機轉子後的動平衡結構

當內置式電主軸裝配完成後（hòu），和後置式靜壓（yā）電主軸一樣，主軸上還會增加其（qí）他零件，此時（shí）又會（huì）產生新的動（dòng）不平衡，同樣可象圖 3 那樣在主軸後端安裝一個法蘭零件（jiàn），這樣就可利用主軸（zhóu）前

端砂輪安（ān）裝位置設（shè）置的一圈均布和深淺一致的螺紋孔和法蘭零件上設置的一圈（quān）均布和（hé）深淺一致的螺紋孔通過（guò）增加配重的方法采用便攜式動平衡儀（yí）進（jìn）行現場（chǎng）性（xìng）能調試動平衡了。

同理，在切削加工時，仍采用內嵌（qiàn）式在（zài）線動平衡係統，這樣整個內置式靜壓電主軸係統的動平衡（héng）結構如圖 6 所示。

圖 6 具有完整動平衡功能的內置式靜壓電主軸

3.結語

基於機械平衡技術（shù），後置式（shì）靜壓電主軸和內置式靜（jìng）壓電主軸結構設計時，在不同的動平衡階段布置不同（tóng）的（de）動平衡結構，可有效減小主軸零（líng）件（jiàn）、電主軸係統裝配完工後的現場性能調試和切削加工存在的動不平衡，前兩階（jiē）段的動平衡結構（gòu）有利於部件裝配完工後的精度（dù）檢驗，後一階段的動平（píng）衡結構有利於提升靜壓電主軸作為工具的工件加工精度。上述方法適用麵很廣，在電主軸結構設計時進行綜合（hé）考（kǎo）慮，可大大提升整個電主（zhǔ）軸（zhóu）部件的動態性（xìng）能和精度。

投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡（huān）迎（yíng）聯係本網編（biān）輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企推薦

業界視點

| 更多（duō）

行業數據

| 更多

博文選萃（cuì）

| 更多