低成本高精度无动力主轴的巧妙选材与制作（10楼有关键内容）

yangguofei

很不错的设计！低成本，可以玩！

阿拉汀神油

cisforcer 发表于 2013-7-17 02:11
同样的小电机，您说那种只能非金属的，如果换成无动力的话，电机还是那个电机，加工范围能提升一个档次么 ...

        这个不好说的，通常主轴芯越粗（惯量大），轴承刚性越好，能承载更多的切削功率，这不是绝对的，只是相对的，大多数情况下是这样


        如何去看待切削功率，可以换个思路简单去看这个问题，假设机器本身刚性无穷大，刀具永不磨损，传动部分传动效率100%，把切削功率和材料去除率挂钩，这时电功率全部转化成切削功率，切削功率全部用材料去除率来表达


        下面还有个选择：最大材料去除率（粗加工），最优材料去除率（半精和精加工）


        最大材料去除时，低速大扭矩，主轴和机架运动系统受力最大，满负荷或超负荷运行，机器震动较大，工件加工质量不高，刀具损耗大，运动系统磨损大

        最优材料去除时半精状态下，属于经济航速，机器震动适中，工件质量尚可，刀具磨损正常，系统磨损中

        最优材料去除时精加工状态下，属于轻载高速，机器震动低，工件质量高，刀具磨损小，系统磨损小


       电主轴和无动力也没有绝对的划分，好的电主轴也可以低速大马力，次一点的无动力主轴切豆腐可能都切不好

sd-song

把链接也发了吧！一站到底。

阿拉汀神油

        主轴刚性好坏应该如何看待，除了检测静态精度之外，最简单的办法就是看主轴先起振还是机架先起振，主轴先于机架起振，主轴劣机架（以及运动系统）好，主轴后于机架起振，主轴优机架（以及运动系统）劣，中间还要考虑刀具的起振因素，这个不大好直接判断，要多试几个主轴才有数，用振动来判断机器的各部分刚性是最直观的，但也不能完全依照这个办法，因为可能有共振点或其他不可预测的干扰因素需要排除下

阿拉汀神油

        一般ER20这种级别的主轴的共振点都在1-200HZ以下，BT30的固有共振点在几十HZ级别，主轴越大自身固有的共振频率就越小，而且共振特性不明显，如果在几百HZ，几K，十几K不等的频率下出现共振都是不正常的，这是设计上的缺陷，主轴就是要尽量把

内部塞满，尽可能避免大量的规则形状空腔或其他规则形状的薄壁，薄片，薄条这些极易产生共振的形状物出现，我看过很多进口主轴里面都塞得满满的，国产的就不行，里面空荡荡的没什么内容就容易起振，起振还特别强烈

阿拉汀神油

        我设计的主轴也有一点空隙在里面，但是我都想办法把这些空隙尽可能填满，基本就一整体铁疙瘩，实在没刚性材料填充就用油脂填充，所以我做的主轴震动极低，绝对不可能出现先于机架振动的状况，除非机架真的刚性无穷大

ly800608

阿拉汀神油 发表于 2013-7-17 07:57
我设计的主轴也有一点空隙在里面，但是我都想办法把这些空隙尽可能填满，基本就一整体铁疙瘩，实在 ...

其实神油兄的指点是真的很有启发性，在我理解，动平衡做的好的主轴，共振的原因如下（纯粹个人理解，不是书本知识，难免有误）：
首先，共振的能量来源是震动源，动平衡好的主轴，共振源很可能的来源有，
1、轴承
由于滚动体与轴承内外圈不可能百分百完美配合，而且有预压的情况下必然有应力释放与压紧的过程，这个过程会产生震动，这个震动的频率以及强度与滚动体的数量、轴承的精度、主轴的转速有关，

2、联轴器安装或电机与主轴芯动力耦合系统（例如皮带轮，齿带）
由于联轴器安装的精度或带轮，齿带的精度问题，会导致固定频率的振动，这个与零件精度，以及主轴转速有关。比如电机轴与主轴不在一条直线上（角度，或者偏距），齿带与带轮的啮合，带轮的偏心，皮带的节点等都会引起振动。

3、主轴电机的电磁特性
由于无论是无刷主轴还是有刷主轴，都是有限磁极的，在磁极的转换过程中会有振动，无论是交流变频驱动，还是直流驱动都会有电流与磁场的交变，在磁场的变化过程正会产生振动，这个频率与主轴转速，磁极对数，驱动频率都有关系


4、刀具切削产生的振动也有一定的固有频率，
因为刀具齿数是一定的，切削金属也不是线性连续的切削，所以也会产生振动，增加齿数（比如磨床相当于无限多个刀齿），合理的齿形与刃型，可以降低振动。


5、其他原因（经验有限，还没想到，哈）

一旦以上的各类振动的频率与主轴本体，或者机架的固有频率重合，必然会产生共振。而且物体的共振频率不是唯一的，它是分为多阶的，一般用模态来评估，由于相对频率较低，一阶，二阶模态比较容易被激励，这时候物体振动最强。

解决振动的方法
1、增加整机及局部的刚度，提高固有频率（模态），这样共振频率被提升到很高的数值后，远超过主轴各类的共振频率，就不会共振了，所以大型机床的床身都非常笨重


2、增加系统阻尼，振动的幅度由于受到阻尼作用会降低，如果振动源的能量不足以抵抗系统的阻尼，自然振动会被衰减，以至于无法起振（无线电里也有同样的问题），所以大型机床会选用灰口铸铁，因为这种铸铁的内部阻尼相对来说比较大。

3、主轴及机架安置在适当的悬置系统上，比如橡胶，液压阻尼台等。所以大型机床对安置面的处理都非常重视，甚至都要建设特殊地基。小床子安置在橡胶片上也有类似效果。


4、提高加工精度，采用高精度轴承，高精度电机，优化驱动系统的驱动电压及电流波形，优化电机的转子及定子的磁极排列（比如斜向的磁极，可以尽量平缓的完成相邻两极的交接），选用合理的转速，设置档位避开共振频率也是业余可以采用的方法。

5、改变系统质心的位置，比如将Z轴高度设计在合理的位置，质心的变化也会改变系统的共振频率，避免在工作转速上共振。

大概就这些了，这里面有一些是业余情况下很容易做到的，例如尽量选好刀，机床加垫脚垫片，选择合理的工作转速等。

cisforcer

阿拉汀神油 发表于 2013-7-17 07:05
这个不好说的，通常主轴芯越粗（惯量大），轴承刚性越好，能承载更多的切削功率，这不是绝对的， ...

感谢 神油大神的回复 我想寻找一个廉价的方案（资金不足），能够让我切割8mm厚的铝板， 期望效率要超过： F200 Z轴下刀量只有 0.1MM 。 对于无动力主轴这种工作方式（貌似很多人推崇）也不是了解的很清楚（不过了解到刚性这个指标，无动力头要比我的小电机E240+er11要好很多），想山寨楼主的无动力，看看

还有一个重要原因是，我做的机架刚性不足，因为是铝型材做的。 0 0！

cisforcer

阿拉汀神油 发表于 2013-7-17 07:30
主轴刚性好坏应该如何看待，除了检测静态精度之外，最简单的办法就是看主轴先起振还是机架先起振， ...

判断 是谁先振动，靠手摸吗？

阿拉汀神油

cisforcer 发表于 2013-7-17 10:00
感谢 神油大神的回复 我想寻找一个廉价的方案（资金不足），能够让我切割8mm厚的铝板， 期望效率要超过： ...

        楼主这个无动力因为是加工条件不允许所以是利用一些成品零件拼凑出来的，精度和刚性肯定不会理想，动手尝试下是完全可以的，可以充分理解主轴的概念，对无动力有切身的体会，期望值不能高，但是制作还是要严谨的，我建议把前面的轴承增加到两个或三个，这样和电机的轴承分布彻底区别开，一般电机只用两个轴承基本扛不住这些切削振动力的，振振就挂了

阿拉汀神油

cisforcer 发表于 2013-7-17 10:11
判断 是谁先振动，靠手摸吗？

      这个要根据经验来判定的，主轴起振频率高，振幅小，机架起振频率低，振幅大，经常玩机的人都有数，主轴起振不一定带动机架振动，机架起振一定会带着主轴一起振，很多情况下是同时振，频率还不一样

阿拉汀神油

        振动的问题很复杂，大多数DIY出来的机器都是乱振，什么地方都会引起振动，所以这个真的不好说，不加载空跑都在晃悠，就谈不上振动了，就是扯淡了

cisforcer

阿拉汀神油 发表于 2013-7-17 11:03
振动的问题很复杂，大多数DIY出来的机器都是乱振，什么地方都会引起振动，所以这个真的不好说，不加 ...

空跑震动 没有， 电机空转 跑 也不会震

cisforcer

阿拉汀神油 发表于 2013-7-17 10:56
楼主这个无动力因为是加工条件不允许所以是利用一些成品零件拼凑出来的，精度和刚性肯定不会理想 ...

学习了 头上多几个轴承 能让主轴 抗多点侧向的切削力的，能够理解

ly800608

cisforcer 发表于 2013-7-18 12:14
学习了 头上多几个轴承 能让主轴 抗多点侧向的切削力的，能够理解

角接触轴承背靠背安装的确是增加侧向刚度的办法，但不要忘记，背靠背安装的一对轴承室需要预压的，也就是说结构要变得复杂得多，
看看成品3轴承主轴就知道了，千万不要简单增加一个角接触轴承，没有意义，因为角接触轴承在没有预压的情况下，就没有精度，内圈都在乱晃

wwym

学习了  学习了

阿拉汀神油

        机械是一门博大精深的学问，不可以投机，不可以取巧，一份耕耘一分收获，人际上，生意上可以做点卑鄙下流的动作，干点投机取巧的事，机械上你想走捷径是不可能达到理想的境界，玩机械就是要下本钱，花功夫

zxf

学习了

cisforcer

本地市场也不见得买的到便宜，还要跑好几个店，大热天的，一件东西都没买到，难道真要为物流业做贡献了么。。。

eachone

多么期望楼主给开团方便大众，但是本坛的特点，有团必有血，教训啊，不知道咔嚓了多少了