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    五轴加工中心BT50皮带主轴分析

    时间:2017-07-19 09:04来源:山东海特数控机床
      文章简介:BT50皮带轴是五轴加工中心核心部件,本文主要研究分析对主轴以及轴承进行瞬态、稳态热分析,了解主轴整体的温度分布情况。通过分析皮带轴内部结构、主轴稳态热分析得出设计合理的皮带轴。

           皮带轴是五轴加工中心关键部件之一,皮带轴工作时,主轴内部热源主要由轴承的高速旋转摩擦产生热量,主轴各个部分会产生不同程度的温度变化。当温度上升后,主轴和机床其他部件的空间相对位置和尺寸都将与开机前有所不同,因而形成不同的温度场,产生热交换,如不及时对主轴系统进行冷却,必将对精密部件产生不同程度的热变形,导致加工误差。尤其是高速主轴,热变形引起的误差尤为突出。
      
      目前国内外主要研究为电主轴,而高速皮带轴较少。本文以高速五轴加工中心皮带轴为研究对象,使设计者可以根据发热量计算预测皮带轴的温升,为五轴加工中心皮带轴优化设计奠定基础。
      
      1、皮带轴内部结构
      
      本文五轴加工中心皮带轴简介:主轴用于立式五轴加工中心,主轴锥孔为BT50,主轴拉刀为四瓣爪式拉紧,拉刀力为13000+1000N,主轴转速4500rpm,前轴承为4套NSK-7017C/P4角接触轴承预压负荷为1100N,后轴承为2套NSK-7015 C/P4角接触轴承预压负荷为700N,碟簧为90片,三片叠合后再对合,预压11mm,带刀打刀行程8mm,空刀打刀行程11mm,轴承内填NBU15润滑脂,循环水冷。图1是试验用五轴加工中心皮带轴剖面图。
      
      五轴加工中心BT50皮带轴结构图
      
      图1   BT50皮带轴结构简图
      
      2、主轴稳态热分析时结果分析
      
      电主轴的稳态热分析在以下条件下进行:
      
      (1)环境温度为T=25℃ ;
      
      (2)电主轴转速为n =4500r/rnino
      
      将计算所得的热量,初始边界条件和接触热阻加载到轴系三维模型上,得到五轴加工中心皮带轴轴系的稳态温度场分布情况,如图6所示。
      
     五轴加工中心皮带轴热力分布
      
      从图6可得出:整个轴系中,前、后轴承温度高于整个主轴的温度前轴承*高温度为318. 2K,即45℃,后轴承*高温度为316. 5 K,即43.4℃,前后轴承*高温度都在的工作温度范围内,两者相对环境温度(25℃)的温升分别为20℃和18.4℃ ,温升小于25℃符合国标。该五轴加工中心皮带轴山于采用的是脂润滑,轴承高速旋转时产生摩擦,进而转换为热址,而轴承本身由密封圈封闭空间*小,无法与周围空
      
      气直接接触对流,主要传热方式以辐射传热和循环冷却水为主,因此轴承处的温度也比较高。又因为轴承外圈有循环水能带走热量,所以轴承产生*高温度的部位在内圈处。而前轴承由于承受较大的磨削力,故而它的温升略高于后轴承。
      
      由*高转速轴系温度场分布图可知,前后轴承的温升符合国标要求,且前后轴承的温差较小,不容易造成轴承不同的径向跳动,可以稳定的保持主轴单元的精度,因此该五轴加工中心皮带轴设计合理。
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