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Bryant公司重新设计的第II代磨床磨头主轴 |
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| http://cn.newmaker.com
7/13/2008 11:08:00 AM
美国American Machinist 杂志
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 如果没失效，那为什么需要修理？这就是Bryant Grinder公司对待设计磨床磨头主轴的态度。该公司自1936年以来一直持这种观点从事生产。
但是，过去10到20年来产品材料的变化和研磨技术的发展，对于加工设备及其子系统提出了更多的要求，也带来了更多的机会。
Bryant (www.bryantgrinder.com)公司已经发现现有的磨头主轴的设计带来了制造难题。
主轴的设计要求必须在专用的特殊机床上加工主轴，否则极有可能出现很大的公差叠加。
这种公差叠加可以克服，但是其费用却是目前市场无法承担的。问题的另一方面在于目前的设计公差不能证明滚动元件（被用于形成磨头自身的复合精度和刚度）的质量。
由于公司的主轴部门评估了这些问题和目前它可能从事的工艺研发，公司决定在现有产品的成功基础上重新设计其主轴。
从Bryant公司新颖的第II代主轴即可看出结果。
在第II代主轴的设计期间，Bryant公司的主轴部门列出了一系列目标。目标包括增加扭矩和功率，改善滚动元件的润滑以及轴承和电子元件的冷却，减小有损于精度的某些特定公差。此外，公司旨在为制造而设计，在提高精度的同时消除额外成本，并采用那些能提高可预测性和磨头加工性能的“智能”技术。
为了实现更佳的润滑，第II代主轴使用气/油润滑剂，每个轴承都有自己专门的喷油器以确保适量的润滑油喷射到串联轴承设计中的两个轴承上。这使得运转轴承温度更低，并且提高预应力使主轴具有更高刚性、运转更平滑。
为了保证轴承和电子元件得到冷却，第II代主轴使冷却液来回流经轴承箱。提供了一种更高效的传热方式。冷却通道的特殊结构也使得冷却液更靠近轴承，利于更好地从轴承散热。
以前，前轴承和定子外壳的水套几乎不参与循环。而在主轴前轴承箱中，冷却液被冷却液出口管的位置所限制。
Bryant公司的高级软件技术 Revelations适合于任何采用基于PC控制技术的机床。
第II代主轴的后轴承具有和前轴承相同的传热方式。Bryant公司称哪怕就它自己的主轴而言，采用这种传热方式也是首次。冷却液被直接导入后轴承箱，它经过与前轴承相同的循环体系——冷却液来自相同的来源，但是前、后轴承箱分开冷却。
定子外壳现在被包装在铜制外壳内，后者开有螺旋槽以便引导冷却液均匀地流过整个定子表面。公司称这些冷却液通道更有效地消除电力产生的热量。
在测试中，第II代主轴以60,000 rpm到90,000 rpm的转速运转了4个小时，磨头温度比外缸环境温度增高了2到4华氏度。公司称来自主轴的废水很热达到不能触摸的程度，这证明了传热的效力。
经过改良的内部传热使得第II代主轴能够在20到40华氏度的条件下运转，低于以前的主轴温度，这对于考虑在6,000 rpm到160,000 rpm的转速范围内的可用主轴时相当重要。
在Bryant公司提高主轴性能的设计阶段，公司发现许多重要的主轴零部件的公差显著大于用来支撑它们的轴承的公差。这主要是因为原来所用的轴承等级——以及可用的——不具备ABEC9轴承所提供的精度水平。
实际上，主轴零部件的精度有损于所购轴承的固有精度和使用寿命。所有高频率第II代主轴现在都使用ABEC9混合陶瓷轴承。
缩紧主轴公差通常会增大制造成本。但是，Bryant公司在研发之后即对其所有零部件进行严格检查，以查看哪些新设计能够减少成本。公司利用“误差预算”的概念，对其高难度零部件加以改造，并且对相当多数量的零件重新设计，以减少公差叠加的成本。
例如，轴承箱的每一端都包含有多个孔，需要完成多项操作。
新设计创建了一个单孔，只需从同一端进行研磨，消除了同心问题。Bryant公司还将多零件部件进行合并成单件零件，使其设计标准化，使其制造过程更高效。
Bryant公司的高级软件技术 Revelations适合于
任何采用基于PC控制技术的机床
此外，Bryant公司为其机床增添了“智能”技术。所有Bryant磨床现在都配备了公司的新Revelations软件和Fanuc控制器，能通过以太网能够连接至内部用户控制中心和/或位于佛蒙特州的Bryant工厂。
利用网络连接，公司通过在磨头上安装加速度传感器即可监测机床工作区的活动。加速度传感器能够感应磨头的振动，并报告给控制器，这样就可以实时改变工艺以保证高品质生产。
磨头上还安装了热电偶，它监测前、后轴承的轴承温度。将来计划在机床上安装一个“黑匣子”，它能监测及控制辅助设备的应用、非Bryant公司生产设备和其他机床的应用。
目前正在研发磨头的两项特殊应用领域，监测砂轮修整和真实磨削过程。
加速度传感器能感应到机床主轴的微小振动，控制器能对主轴予以监测，因此能够设置应用参数。
当已知修整参数—运动轨迹或振动信号之后，它们被存储在计算机中并与后续的修整循环相比较，以确定该修整工艺是否在清洁砂轮。还可以监测砂轮-修整器的关系，可以在准备操作期间建立触发以节省时间。
在监测磨削工艺本身期间，车间能够再次利用监测过程根据振动信号和控制器来确定最佳循环。公司的Revelations软件接着感应坯料的分配，原始零件形状，并决定横进给以匹配不同的工件条件。
智能主轴技术
据Bryant Grinder公司的董事长兼CEO Craig Barrett介绍，该公司看到了它自身及其他公司的控制软件的缺点，作为对此的响应，开发出了Revelations软件。
公司将它的Revelations软件设计成一种智能的、易于使用的软件包，它适合于任何使用基于PC控制技术的机床。它具有触摸屏控制器和一个简单的操作员界面，因此该软件提供更快的操作员培训、编程时间、准备及循环时间并产生更少的废料。
设计旨在使界面导航最简化，并方便程序员和操作员使用，该软件允许车间通过少于三次按键操作调用任何函数或操作，以减少准备和零件循环时间。
循环时间的减少得益于精简的G代码和Revelations软件的灵活性。软件消除了由机床程序（它通常包含几千条这样的低效率语句）内的 “if”语句所造成的延迟。
编程界面具有逻辑可视流程图，其设计旨在加快机床编程的速度。Bryant公司称软件自动配置，并具有无限序列功能和自配置软件。这使得该公司的机床更灵活、更易于操作、运转更快。
Revelations软件自动对自身进行重新配置，以便能够运行在任何磨床、车床、加工中心、滚齿机、插齿机或特种机床上。可识别轴数、主轴、外围设备和机床的其他特征。
利用该软件，工程师们可以使用基于浏览器的工作站以采集生产数据并利用这些数据来管理机床。此外，工程师们还可以在磨削程序到达生产线之前，在他们的工作站上运行零件仿真程序并生成生产评估。
利用软件的在线文档，操作员和维护人员可以访问“帮助”菜单，通过每个工艺阶段的超链接来查看全部文档。还可以从机床获得全部液压图、电路图和气动图。
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