五軸加工中心BT50皮帶主軸分析

　　文章簡介：BT50皮帶軸是五軸加工中心核心部件，本文主要研究分析對主軸以及軸承進(jìn)行瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)熱分析，了解主軸整體的溫度分布情況。通過分析皮帶軸內(nèi)部結(jié)構(gòu)、主軸穩(wěn)態(tài)熱分析得出設(shè)計合理的皮帶軸。

       皮帶軸是五軸加工中心關(guān)鍵部件之一，皮帶軸工作時，主軸內(nèi)部熱源主要由軸承的高速旋轉(zhuǎn)摩擦產(chǎn)生熱量，主軸各個部分會產(chǎn)生不同程度的溫度變化。當(dāng)溫度上升后，主軸和機床其他部件的空間相對位置和尺寸都將與開機前有所不同，因而形成不同的溫度場，產(chǎn)生熱交換，如不及時對主軸系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，必將對精密部件產(chǎn)生不同程度的熱變形，導(dǎo)致加工誤差。尤其是高速主軸，熱變形引起的誤差尤為突出。
　　
　　目前國內(nèi)外主要研究為電主軸，而高速皮帶軸較少。本文以高速五軸加工中心皮帶軸為研究對象，使設(shè)計者可以根據(jù)發(fā)熱量計算預(yù)測皮帶軸的溫升，為五軸加工中心皮帶軸優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
　　
　　1、皮帶軸內(nèi)部結(jié)構(gòu)
　　
　　本文五軸加工中心皮帶軸簡介：主軸用于立式五軸加工中心，主軸錐孔為BT50，主軸拉刀為四瓣爪式拉緊，拉刀力為13000+1000N，主軸轉(zhuǎn)速4500rpm，前軸承為4套NSK-7017C/P4角接觸軸承預(yù)壓負(fù)荷為1100N，后軸承為2套NSK-7015 C/P4角接觸軸承預(yù)壓負(fù)荷為700N，碟簧為90片，三片疊合后再對合，預(yù)壓11mm，帶刀打刀行程8mm，空刀打刀行程11mm，軸承內(nèi)填NBU15潤滑脂，循環(huán)水冷。圖1是試驗用五軸加工中心皮帶軸剖面圖。
　　 　　
　　2、主軸穩(wěn)態(tài)熱分析時結(jié)果分析
　　
　　電主軸的穩(wěn)態(tài)熱分析在以下條件下進(jìn)行:
　　
　　(1)環(huán)境溫度為T=25℃ ;
　　
　　(2)電主軸轉(zhuǎn)速為n =4500r/rnino
　　
　　將計算所得的熱量，初始邊界條件和接觸熱阻加載到軸系三維模型上，得到五軸加工中心皮帶軸軸系的穩(wěn)態(tài)溫度場分布情況，如圖6所示。
　　 　　
　　從圖6可得出:整個軸系中，前、后軸承溫度高于整個主軸的溫度前軸承*高溫度為318. 2K，即45℃，后軸承*高溫度為316. 5 K，即43.4℃，前后軸承*高溫度都在的工作溫度范圍內(nèi)，兩者相對環(huán)境溫度(25℃)的溫升分別為20℃和18.4℃ ,溫升小于25℃符合國標(biāo)。該五軸加工中心皮帶軸山于采用的是脂潤滑，軸承高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生摩擦，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為熱址,而軸承本身由密封圈封閉空間*小，無法與周圍空
　　
　　氣直接接觸對流，主要傳熱方式以輻射傳熱和循環(huán)冷卻水為主，因此軸承處的溫度也比較高。又因為軸承外圈有循環(huán)水能帶走熱量，所以軸承產(chǎn)生*高溫度的部位在內(nèi)圈處。而前軸承由于承受較大的磨削力，故而它的溫升略高于后軸承。
　　
　　由*高轉(zhuǎn)速軸系溫度場分布圖可知，前后軸承的溫升符合國標(biāo)要求，且前后軸承的溫差較小，不容易造成軸承不同的徑向跳動，可以穩(wěn)定的保持主軸單元的精度，因此該五軸加工中心皮帶軸設(shè)計合理。