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浅谈主轴箱重力平衡方式

发布时间:2024-01-10 点击数:3174

在机床的使用过程中,主轴箱需在垂直方向上运动,重力作用下,向下运动时的驱动力与重力方向相同,向上运动时驱动力与重力方向相反。这样下运动状况下,如不采取措施平衡重力,机床传动部件将一直负担着主轴箱的重量,将增大导致运动部件的负载造成单面磨损,加剧电机和丝杆的发热,降低其使用寿命,且会影响机床的加工精度。

实际应用中,机床上常见的主轴箱重力平衡方式有:重锤配重平衡、氮气平衡缸平衡、液压平衡、制动器锁紧。

1、 重锤配重平衡

重锤平衡的原理较为简单,只需按主轴箱部分的重量配以同等重量的重锤即可。重锤的传动部件,一般采用链条链轮传动,立式加工中心多采用此种方式。也可选用钢丝绳传动,但需要注意传动轮的直径需尽量大些,避免在钢丝绳传动轮所允许的最小曲率半径选用传动轮,否则易造成钢丝绳疲劳破坏。
这种形式结构简单,故障率低不需要经常性的维修,可适用于恶劣环境下缺少维护的场景。但速度和加速度较大时重锤的部分重量失重,平衡主轴单元的重量的效果降低,应答特性差,使得机床的速度和加速度受限,不适合高速切削的场景另一方面重锤占用空间较大,会增加机床的总体重量。
2、 氮气平衡缸平衡
氮气平衡缸平衡是利用蓄能器的原理是当主轴上升时,蓄能器中的液压油进入平衡油缸后,平衡缸体上部的压缩空气排出,这时氮气气膨胀,将油液压入平衡缸,产生一个向上的压力平衡主轴箱自重;当主轴箱下降时,经由蓄能器分流,进入主轴箱两侧平衡油缸,以此平衡主箱自重的影响。卧加多采用此种方式来平衡主轴箱重力。这种形式成本低,维修方便,安装简单。且无需动力系统,节省能源。可适应高速时需要快速平衡主轴箱提升和下降的场景。可以在加工过程中使精度和表面粗糙度大幅提升。

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3、液压平衡

液压平衡式将油缸固定在连接到机床立柱上,再将活塞杆的一端连接到主轴箱上,通过压力油使活塞杆产生一个竖直向上的拉力,从而平衡主轴箱的重力。油缸平衡的结构形式较多,按照布置形式分为双油缸对称布置、单油缸布置,按照压力控制方式分为蓄能器平衡和泵阀平衡,组合起来便有4种形式。
使用液压平衡时,需要油压单元和配管,也必须处理油压回路的油温上升。应答特性也差。而且必须配液压站,立加为了节省成本一般是不配液压站的,故油缸配重不用在立加上,多用于大型龙门加工中心。

4、制动器锁紧平衡
制动器锁紧平衡是利用摩擦力平衡主轴箱重力,主轴箱运动时制动器处于松开的状态,不起平衡作用,停止状态时,制动器的摩擦力才与主轴箱的重力形成平衡关系。一般制动器油两种形式,一种是盘式制动器,安装于伺服电机轴上,来产生制动转矩。一种是直线式制动器,与导轨同向安装,向主轴箱施加一个与重力方向相反的摩擦力。适用于主轴箱重力对驱动控制系统的性能影响不大的场景。

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