Cerințe și optimizare a componentelor axului mașinilor de frezat CNC
I. Introducere
Fiind un echipament de prelucrare important în industria prelucrătoare modernă, performanța mașinilor de frezat CNC afectează direct calitatea prelucrării și eficiența producției. Fiind una dintre componentele de bază ale mașinilor de frezat CNC, componenta axului joacă un rol crucial în performanța generală a mașinii-unelte. Componenta axului este compusă din ax, suportul axului, piesele rotative instalate pe ax și elementele de etanșare. În timpul prelucrării mașinii-unelte, axul acționează piesa de prelucrat sau scula așchietoare pentru a participa direct la mișcarea de formare a suprafeței. Prin urmare, înțelegerea cerințelor componentei axului mașinilor de frezat CNC și realizarea unei proiectări optimizate sunt de mare importanță pentru îmbunătățirea performanței și a calității prelucrării mașinii-unelte.
Fiind un echipament de prelucrare important în industria prelucrătoare modernă, performanța mașinilor de frezat CNC afectează direct calitatea prelucrării și eficiența producției. Fiind una dintre componentele de bază ale mașinilor de frezat CNC, componenta axului joacă un rol crucial în performanța generală a mașinii-unelte. Componenta axului este compusă din ax, suportul axului, piesele rotative instalate pe ax și elementele de etanșare. În timpul prelucrării mașinii-unelte, axul acționează piesa de prelucrat sau scula așchietoare pentru a participa direct la mișcarea de formare a suprafeței. Prin urmare, înțelegerea cerințelor componentei axului mașinilor de frezat CNC și realizarea unei proiectări optimizate sunt de mare importanță pentru îmbunătățirea performanței și a calității prelucrării mașinii-unelte.
II. Cerințe pentru componentele axului mașinilor de frezat CNC
- Precizie ridicată de rotație
Când axul unei mașini de frezat CNC efectuează o mișcare de rotație, traiectoria punctului cu viteză liniară zero se numește linia centrală de rotație a axului. În condiții ideale, poziția spațială a liniei centrale de rotație ar trebui să fie fixă și neschimbată, ceea ce se numește linia centrală de rotație ideală. Cu toate acestea, din cauza influenței diferiților factori asupra componentei axului, poziția spațială a liniei centrale de rotație se schimbă în fiecare moment. Poziția spațială reală a liniei centrale de rotație la un moment dat se numește poziția instantanee a liniei centrale de rotație. Distanța relativă la linia centrală de rotație ideală este eroarea de rotație a axului. Intervalul erorii de rotație este precizia de rotație a axului.
Eroarea radială, eroarea unghiulară și eroarea axială rareori există singure. Atunci când eroarea radială și eroarea unghiulară există simultan, acestea constituie bătaie radială; atunci când eroarea axială și eroarea unghiulară există simultan, acestea constituie bătaie frontală. Prelucrarea de înaltă precizie necesită ca axul să aibă o precizie de rotație extrem de mare pentru a asigura calitatea prelucrării pieselor de prelucrat. - Rigiditate ridicată
Rigiditatea componentei axului unei mașini de frezat CNC se referă la capacitatea axului de a rezista deformării atunci când este supus unei forțe. Cu cât rigiditatea componentei axului este mai mare, cu atât deformarea axului este mai mică după ce este supus unei forțe. Sub acțiunea forței de așchiere și a altor forțe, axul va produce deformări elastice. Dacă rigiditatea componentei axului este insuficientă, aceasta va duce la o scădere a preciziei de prelucrare, va deteriora condițiile normale de funcționare ale rulmenților, va accelera uzura și va reduce precizia.
Rigiditatea axului este legată de dimensiunea structurală a acestuia, de întinderea suportului, de tipul și configurația rulmenților selectați, de reglarea jocului rulmentului și de poziția elementelor rotative pe ax. Proiectarea rezonabilă a structurii axului, selectarea rulmenților și a metodelor de configurare adecvate, precum și reglarea corectă a jocului rulmentului pot îmbunătăți rigiditatea componentei axului. - Rezistență puternică la vibrații
Rezistența la vibrații a componentei axului unei mașini de frezat CNC se referă la capacitatea axului de a rămâne stabil și de a nu vibra în timpul prelucrării de așchiere. Dacă rezistența la vibrații a componentei axului este slabă, este ușor să se genereze vibrații în timpul lucrului, afectând calitatea prelucrării și chiar deteriorând sculele așchietoare și mașinile-unelte.
Pentru a îmbunătăți rezistența la vibrații a componentei axului, se utilizează adesea rulmenți frontali cu un raport de amortizare mare. Dacă este necesar, trebuie instalate amortizoare pentru a face ca frecvența naturală a componentei axului să fie mult mai mare decât frecvența forței de excitație. În plus, rezistența la vibrații a axului poate fi, de asemenea, îmbunătățită prin optimizarea structurii axului și îmbunătățirea preciziei de prelucrare și asamblare. - Creștere scăzută a temperaturii
Creșterea excesivă a temperaturii în timpul funcționării componentei axului unei mașini de frezat CNC poate avea numeroase consecințe negative. În primul rând, componenta axului și cutia se vor deforma din cauza dilatării termice, ceea ce va duce la modificări ale pozițiilor relative ale liniei centrale de rotație a axului și ale altor elemente ale mașinii-unelte, afectând direct precizia prelucrării. În al doilea rând, elemente precum rulmenții vor modifica jocul reglat din cauza temperaturii excesive, vor distruge condițiile normale de lubrifiere, vor afecta funcționarea normală a rulmenților și, în cazuri grave, vor provoca chiar fenomenul de „gripare a rulmenților”.
Pentru a rezolva problema creșterii temperaturii, mașinile CNC utilizează în general o cutie de ax cu temperatură constantă. Axul este răcit printr-un sistem de răcire pentru a menține temperatura axului într-un anumit interval. În același timp, o selecție rezonabilă a tipurilor de rulmenți, a metodelor de lubrifiere și a structurilor de disipare a căldurii poate reduce eficient creșterea temperaturii axului. - Rezistență bună la uzură
Componenta axului unei mașini de frezat CNC trebuie să aibă o rezistență suficientă la uzură pentru a menține precizia pentru o perioadă lungă de timp. Piesele ușor uzabile ale axului sunt piesele de montare ale sculelor așchietoare sau ale pieselor de prelucrat și suprafața de lucru a axului atunci când acesta se mișcă. Pentru a îmbunătăți rezistența la uzură, părțile menționate mai sus ale axului trebuie călite, cum ar fi călirea, carburarea etc., pentru a crește duritatea și rezistența la uzură.
Lagărele axului necesită, de asemenea, o lubrifiere bună pentru a reduce frecarea și uzura și a îmbunătăți rezistența la uzură. Selectarea lubrifianților și a metodelor de lubrifiere adecvate, precum și întreținerea regulată a axului pot prelungi durata de viață a componentei axului.
III. Proiectarea optimă a componentelor axului mașinilor de frezat CNC
- Optimizare structurală
Proiectați în mod rezonabil forma structurală și dimensiunea axului pentru a reduce masa și momentul de inerție al acestuia și pentru a îmbunătăți performanța dinamică a acestuia. De exemplu, se poate adopta o structură tubulară a axului pentru a reduce greutatea axului, îmbunătățind în același timp rigiditatea și rezistența la vibrații a axului.
Optimizați întinderea suportului și configurația rulmentului arborelui principal. În funcție de cerințele de prelucrare și de caracteristicile structurale ale mașinii-unelte, selectați tipurile și cantitățile adecvate de rulmenți pentru a îmbunătăți rigiditatea și precizia de rotație a arborelui principal.
Adoptați procese și materiale avansate de fabricație pentru a îmbunătăți precizia de prelucrare și calitatea suprafeței axului, a reduce frecarea și uzura și a îmbunătăți rezistența la uzură și durata de viață a axului. - Selectarea și optimizarea rulmenților
Selectați tipurile și specificațiile adecvate ale rulmenților. În funcție de factori precum viteza axului, sarcina și cerințele de precizie, selectați rulmenți cu rigiditate ridicată, precizie ridicată și performanțe de viteză mare. De exemplu, rulmenți cu bile cu contact unghiular, rulmenți cu role cilindrice, rulmenți cu role conice etc.
Optimizați reglarea preîncărcării și a jocului rulmenților. Prin reglarea rezonabilă a preîncărcării și a jocului rulmenților, se poate îmbunătăți rigiditatea și precizia de rotație a axului, în timp ce se poate reduce creșterea temperaturii și vibrațiile rulmenților.
Adoptați tehnologii de lubrifiere și răcire a rulmenților. Selectați lubrifianți și metode de lubrifiere adecvate, cum ar fi lubrifierea cu ceață de ulei, lubrifierea ulei-aer și lubrifierea circulantă, pentru a îmbunătăți efectul de lubrifiere al rulmenților, a reduce frecarea și uzura. În același timp, utilizați un sistem de răcire pentru a răci rulmenții și a menține temperatura rulmenților într-un interval rezonabil. - Proiectare a rezistenței la vibrații
Adoptă structuri și materiale care absorb șocurile, cum ar fi instalarea de amortizoare și utilizarea de materiale de amortizare, pentru a reduce răspunsul la vibrații al axului.
Optimizați designul echilibrării dinamice a axului. Prin corecția precisă a echilibrării dinamice, reduceți dezechilibrul axului și reduceți vibrațiile și zgomotul.
Îmbunătățiți precizia de prelucrare și asamblare a axului pentru a reduce vibrațiile cauzate de erorile de fabricație și asamblarea necorespunzătoare. - Controlul creșterii temperaturii
Proiectați o structură rezonabilă de disipare a căldurii, cum ar fi adăugarea de radiatoare și utilizarea canalelor de răcire, pentru a îmbunătăți capacitatea de disipare a căldurii a axului și a reduce creșterea temperaturii.
Optimizați metoda de lubrifiere și selecția lubrifiantului pentru a reduce generarea de căldură prin frecare și creșterea temperaturii.
Adoptați un sistem de monitorizare și control al temperaturii pentru a monitoriza schimbarea temperaturii axului în timp real. Când temperatura depășește valoarea setată, sistemul de răcire pornește automat sau se iau alte măsuri de răcire. - Îmbunătățirea rezistenței la uzură
Efectuați tratamente de suprafață pe părțile ușor uzabile ale axului, cum ar fi călirea, carburarea, nitrurarea etc., pentru a îmbunătăți duritatea suprafeței și rezistența la uzură.
Selectați sculele așchietoare și metodele de instalare a piesei de prelucrat adecvate pentru a reduce uzura axului.
Întrețineți periodic axul și înlocuiți piesele uzate la timp pentru a-l menține în stare bună.
IV. Concluzie
Performanța componentei axului unei mașini de frezat CNC este direct legată de calitatea prelucrării și de eficiența producției mașinii-unelte. Pentru a satisface nevoile industriei moderne de producție pentru o prelucrare de înaltă precizie și eficiență ridicată, este necesar să se înțeleagă în profunzime cerințele componentei axului mașinilor de frezat CNC și să se realizeze o proiectare optimizată. Prin măsuri precum optimizarea structurală, selectarea și optimizarea rulmenților, proiectarea rezistenței la vibrații, controlul creșterii temperaturii și îmbunătățirea rezistenței la uzură, se poate îmbunătăți precizia de rotație, rigiditatea, rezistența la vibrații, performanța la creșterea temperaturii și rezistența la uzură a componentei axului, îmbunătățind astfel performanța generală și calitatea prelucrării mașinii de frezat CNC. În aplicațiile practice, în funcție de cerințele specifice de prelucrare și de caracteristicile structurale ale mașinii-unelte, ar trebui luați în considerare în mod cuprinzător diverși factori și ar trebui selectată o schemă de optimizare adecvată pentru a obține cea mai bună performanță a componentei axului mașinilor de frezat CNC.
Performanța componentei axului unei mașini de frezat CNC este direct legată de calitatea prelucrării și de eficiența producției mașinii-unelte. Pentru a satisface nevoile industriei moderne de producție pentru o prelucrare de înaltă precizie și eficiență ridicată, este necesar să se înțeleagă în profunzime cerințele componentei axului mașinilor de frezat CNC și să se realizeze o proiectare optimizată. Prin măsuri precum optimizarea structurală, selectarea și optimizarea rulmenților, proiectarea rezistenței la vibrații, controlul creșterii temperaturii și îmbunătățirea rezistenței la uzură, se poate îmbunătăți precizia de rotație, rigiditatea, rezistența la vibrații, performanța la creșterea temperaturii și rezistența la uzură a componentei axului, îmbunătățind astfel performanța generală și calitatea prelucrării mașinii de frezat CNC. În aplicațiile practice, în funcție de cerințele specifice de prelucrare și de caracteristicile structurale ale mașinii-unelte, ar trebui luați în considerare în mod cuprinzător diverși factori și ar trebui selectată o schemă de optimizare adecvată pentru a obține cea mai bună performanță a componentei axului mașinilor de frezat CNC.