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Broche de machine-outil



introduction

La broche de la machine-outil fait référence à l'axe qui entraîne la pièce ou l'outil à tourner sur la machine-outil. Les composants de l'arbre principal sont généralement composés d'un arbre principal, de roulements et de pièces de transmission (engrenages ou poulies). Dans la machine, il est principalement utilisé pour supporter des pièces de transmission telles que des engrenages et des poulies pour transmettre le mouvement et le couple, telles que les broches de machines-outils ; certains sont utilisés pour serrer des pièces, telles que des broches. À l'exception des machines-outils dont le mouvement principal est un mouvement linéaire, telles que les raboteuses et les machines à brocher, la plupart des machines-outils ont des composants de broche. La précision du mouvement et la rigidité structurelle des composants de la broche sont des facteurs importants qui déterminent la qualité du traitement et l'efficacité de la coupe.

Des indicateurs de performance

Les principaux indicateurs pour mesurer les performances des composants de la broche sont la précision de rotation, la rigidité et l'adaptabilité de la vitesse.

①Précision de rotation : le faux-rond radial et axial dans la direction qui affecte la précision d'usinage lorsque la broche tourne est principalement déterminé par la qualité de fabrication et d'assemblage de la broche et du roulement.

Raideur dynamique et statique : principalement déterminée par la raideur en flexion de la broche, la raideur et l'amortissement du roulement.

Adaptabilité de la vitesse : la vitesse maximale autorisée et la plage de vitesse sont principalement déterminées par la structure et la lubrification du roulement, ainsi que par les conditions de dissipation thermique.

Maintenance de la broche de la machine-outil

Pour réduire la température de fonctionnement du roulement, de l'huile de graissage est souvent utilisée. Il existe deux types de lubrification : la lubrification air-huile et la lubrification par circulation d'huile. Lorsque vous utilisez ces deux méthodes, faites attention aux points suivants :

1. Lors de l'utilisation de la lubrification par circulation d'huile, assurez-vous que le volume d'huile du réservoir d'huile à température constante de la broche est suffisant.

2. La méthode de lubrification air-huile est juste à l'opposé de la lubrification par circulation d'huile, elle n'a besoin que de remplir 10 % de la capacité de l'espace de roulement.

L'avantage de la lubrification cyclique est qu'elle peut réduire le frottement et la génération de chaleur lorsque la lubrification est satisfaite, et qu'elle peut absorber une partie de la chaleur de l'ensemble de broche.

Il existe également deux méthodes de libération pour la lubrification de la broche : la lubrification par brouillard d'huile et la lubrification par injection.

Nouvelle technologie

1. La technologie de la broche électrique :

La broche électrique est l'intégration de la broche de la machine-outil et du moteur de broche dans le domaine des machines-outils CNC. La nouvelle technologie, associée à la technologie des moteurs linéaires et à la technologie des outils à grande vitesse, fera entrer l'usinage à grande vitesse dans une nouvelle ère. La broche électrique est un ensemble de composants, qui comprend la broche électrique elle-même et ses accessoires : broche électrique, dispositif de conversion de fréquence haute fréquence, lubrificateur à brouillard d'huile, dispositif de refroidissement, encodeur intégré et dispositif de changement d'outil.

2. La technologie de fusion de la broche électrique :

Technologie de roulement à grande vitesse : la broche électrique utilise généralement des roulements en céramique composite, qui sont résistants à l'usure et à la chaleur, et ont une durée de vie plusieurs fois supérieure à celle des roulements traditionnels ; parfois En utilisant des paliers à suspension électromagnétique ou des paliers hydrostatiques, les bagues intérieure et extérieure ne sont pas en contact, et la durée de vie théorique est illimitée ;

Technologie des moteurs à grande vitesse : l'électrobroche est le produit de l'intégration du moteur et de la broche, et le rotor du moteur est la rotation de la broche En partie, en théorie, l'électrobroche peut être considérée comme une grande vitesse moteur. La technologie clé est l'équilibre dynamique à grande vitesse ;

Lubrification : La lubrification de la broche électrique adopte généralement une lubrification régulière et quantitative à l'huile et au gaz ; une lubrification à la graisse peut également être utilisée, mais la vitesse correspondante doit être réduite. La soi-disant synchronisation consiste à injecter de l'huile à intervalles réguliers. Les moyens dits quantitatifs permettent de contrôler avec précision la quantité d'huile de graissage à chaque fois grâce à un dispositif appelé vanne quantitative. La lubrification air-huile fait référence au fait que l'huile de lubrification est soufflée dans le roulement en céramique avec de l'air comprimé. Le contrôle de l'huile est très important. Trop peu ne fournira pas de lubrification; trop provoquera de la chaleur en raison de la résistance de l'huile lorsque le roulement tourne à grande vitesse.

Dispositif de refroidissement : Afin de dissiper la chaleur pour la broche électrique à grande vitesse dès que possible, un liquide de refroidissement en circulation est généralement acheminé vers la paroi extérieure de la broche électrique. La fonction du dispositif de refroidissement est de maintenir la température du liquide de refroidissement.

Encodeur d'impulsions intégré : afin de réaliser un changement d'outil automatique et un taraudage rigide, un encodeur d'impulsions est intégré à la broche électrique pour réaliser un contrôle précis de l'angle de phase et une coopération avec l'alimentation.

Dispositif de changement d'outil automatique : Afin d'être appliqué au centre d'usinage, l'électrobroche est équipée d'un dispositif de changement d'outil automatique, comprenant des rondelles ressorts, des vérins de broche, etc.

Comment installer des outils à grande vitesse : Les outils BT et ISO largement connus se sont avérés inadaptés à l'usinage à grande vitesse. Dans ce cas, des outils à grande vitesse tels que HSK et SKI sont apparus.

Dispositif de conversion de fréquence haute fréquence : afin de réaliser la vitesse de dizaines de milliers voire de centaines de milliers de tours par minute de la broche électrique, un dispositif de conversion de fréquence haute fréquence doit être utilisé pour entraîner le moteur à grande vitesse intégré de la broche électrique, et la fréquence de sortie du convertisseur de fréquence doit jusqu'à des milliers ou des milliers de hertz.

Évolution historique

Broches de machines-outils (7 photos)

Avant les années 1930, la plupart des broches de machines-outils utilisaient un seul coin d'huile pour faire glisser le roulement. Avec l'amélioration de la technologie de fabrication des roulements, une variété de roulements de haute précision et à haute rigidité pour les arbres principaux sont apparus plus tard. Ce type de roulement est pratique à fournir, à faible prix, à faible coefficient de friction, pratique pour la lubrification et peut s'adapter aux conditions de travail avec de grandes fluctuations de vitesse et de charge, il est donc largement utilisé. Cependant, les paliers lisses présentent les avantages d'un fonctionnement stable et d'une bonne résistance aux vibrations, en particulier divers paliers hydrodynamiques à coins multi-huiles, qui sont beaucoup utilisés dans certaines machines-outils de finition telles que les meuleuses. Le roulement hydrostatique apparu après les années 1950 a une haute précision, une rigidité élevée, un faible coefficient de frottement, une bonne résistance aux vibrations et une bonne stabilité, mais il nécessite un ensemble d'équipements d'alimentation en huile complexes, il n'est donc utilisé que dans les machines-outils de haute précision et lourdes. machines de service. Sur la machine. Les paliers à gaz ont de bonnes performances à grande vitesse, mais en raison de leur faible capacité de charge et de leur équipement d'alimentation en gaz compliqué, ils sont principalement utilisés sur des rectifieuses internes à grande vitesse et quelques machines d'usinage ultra-précises. Le palier électromagnétique apparu au début des années 1970 présente les avantages d'une bonne performance à grande vitesse et d'une grande capacité de charge. Il peut ajuster le champ magnétique pour effectuer un petit déplacement de la broche pendant le processus de coupe afin d'améliorer la précision dimensionnelle du traitement, mais le coût est élevé et il peut être utilisé pour les machines-outils de traitement ultra-précise.

Mode vitesse variable

Vitesse infiniment variable

Machine-outil à commande numérique Généralement, un servomoteur de broche à courant continu ou à courant alternatif est utilisé pour réaliser la vitesse infiniment variable de la broche.

Moteur de broche à courant alternatif et dispositif d'entraînement à fréquence variable à courant alternatif (le moteur à courant alternatif à induction à cage est équipé d'un système de régulation de vitesse à fréquence variable à conversion vectorielle), car il n'y a pas de brosse, pas d'étincelles, si longue durée de vie, et les performances ont atteint un entraînement à courant continu Le niveau de le système, même en termes de bruit, a été réduit. Par conséquent, il est largement utilisé.

La relation entre la puissance ou le couple transmis par l'arbre principal et la vitesse. Lorsque la machine-outil fonctionne en continu, la vitesse de rotation de la broche est comprise entre 437 et 3 500 tr/min et la puissance totale du moteur transmise par la broche est de 11 kW, ce qui correspond à la zone de puissance constante II (ligne continue ) de la broche. Dans cette zone, le couple de sortie maximum de la broche (245 N.m) diminue à mesure que la vitesse de la broche augmente. La vitesse de la broche est comprise entre 35 et 437 tr/min et le couple de sortie de la broche reste inchangé, appelé zone de couple constant I (ligne continue) de la broche. Dans cette zone, la puissance que l'arbre principal peut transmettre diminue à mesure que la vitesse de l'arbre principal diminue. Lorsque le moteur est surchargé (la surcharge est autorisée pendant 30 min), zone de puissance constante et zone de couple constant. La puissance de surcharge du moteur est de 15 kW et le couple de sortie maximal de la surcharge est de 334 N.m.

Changement de vitesse en continu

Dans la production réelle, les machines-outils CNC n'ont pas besoin d'avoir une puissance constante sur toute la plage de vitesse. En général, il est nécessaire de conduire à puissance constante dans la section moyenne et haute vitesse, et de conduire avec un couple constant dans la section à basse vitesse. Afin de garantir que la broche de la machine-outil CNC a un couple important et que la plage de vitesse de la broche est aussi large que possible à basse vitesse, certaines machines-outils CNC sont équipées d'une vitesse de transmission sur la base d'un moteur AC ou DC en continu. changement de vitesse, ce qui en fait un changement de vitesse progressif et progressif.

Réglage de la vitesse de la broche

La broche est l'un des principaux composants du centre d'usinage, car sa conception affecte directement l'efficacité du traitement et la qualité de la pièce. Par conséquent, la conception de la broche (rigidité statique et dynamique, diamètre de l'arbre, roulement, paramètres de conception, etc.) a été étudiée en profondeur [5-8]. Les performances de l'accélérateur de broche de machine-outil dépendent principalement de la conception optimale pour la vitesse et le rapport de transmission de puissance requis. En particulier, deux facteurs doivent être pris en compte car ils sont très importants dans la conception d'optimisation du dispositif de contrôle de la vitesse de la broche. Ces deux facteurs sont le plus petit volume et la plus petite énergie cinétique de transmission.

Afin de réduire le poids, le volume du dispositif de commande de vitesse de broche doit être minimisé et l'espace requis pour le fonctionnement de la machine-outil ne peut pas être réduit. Mais, encore une fois, l'accélérateur de broche mécanique doit être conçu pour un travail de production à long terme. Par conséquent, la transmission de l'énergie cinétique doit être au moins pour assurer les meilleures performances.

La conception du dispositif de contrôle de la vitesse de la broche a conduit à l'utilisation de transmissions basées sur des séquences d'engrenages planétaires (PGT), car les séquences d'engrenages planétaires PGT offrent une solution très compacte et efficace (réduire le nombre de séquences d'engrenages ordinaires) Poids et taille), il a une vitesse élevée et une efficacité élevée. Les PGT sont également utilisés dans de nombreuses machines et équipements équipés de boîtes de vitesses automobiles, étendant ainsi la plage de puissance constante du moteur d'entraînement de broche à basse vitesse de la machine-outil.

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