2025年切片機行業技術分析：切片機行業技術提升切片機加工質量

  中國報告大廳網訊，2025年，切片機行業正朝著高速、高效、精密、輕量化和自動化的方向快速發展。在這一進程中，切片機的加工性能與主軸系統的動態特性緊密相連，而主軸軸承的動剛度更是衡量高檔數控切片工具機性能的關鍵技術指標。改善切片機的動態特性，對於提升其抗振性能、加工精度、效率、使用壽命以及可靠性具有重要意義。以下是2025年切片機行業技術分析。

  一、切片機主軸軸承過盈配合量調節裝置的設計原理與方案

  主軸作為金剛線切片機的核心部件，在工作時會受到往復扭力的交變作用，軸承的安裝配合對加工質量影響重大。為探究過盈配合量對主軸振動特性的影響，基於石蠟受熱膨脹原理設計了一種主軸與軸承過盈配合量調節裝置。

  初始過盈配合量會影響主軸系統的動態特性，在軸承安裝過程中，內圈與軸之間會發生彈性變形，相關應力可通過公式計算。軸承內圈在主軸表面產生的壓應力為 δ₁=E₂(d₁-d₂)/d₁，其中 E₂為軸材料的彈性模量，d₁、d₂分別為裝配前後的主軸直徑。裝配後內圈受到的周向張應力為 δ₂=E₁(d₂-d)/d，裝配後內圈脹大量為 L=(d₂-d)-νB₁(d₂-d)/d，式中 E₁為內圈材料的彈性模量，d 為裝配前軸承內徑，ν 為內圈材料泊松比，B₁為裝配前內圈寬度。

  利用感溫材料的熱脹冷縮可調節內圈與主軸過盈配合量，石蠟在熔點附近線膨脹係數大，相變溫度為 43.3-65.5℃，不會影響主軸工作性能，故選擇石蠟作為感溫材料，其熱膨脹量為 ΔL=L'ΔTβ，L' 為石蠟初始尺寸，ΔT 為溫度變化量，β 為石蠟平均線膨脹係數。

  以某數控金剛線切片機主軸系統為研究對象，主軸由一組 7216B 角接觸球軸承和一套 NU2218E 圓柱滾子軸承支承。7216B 軸承內徑 80mm、外徑 140mm、寬度 26mm，脂潤滑轉速 4000r・min⁻¹，油潤滑轉速 5400r・min⁻¹，基本額定靜載荷 65.0kN，基本額定動載荷 77.1kN，質量 1.50kg;NU2218E 軸承內徑 90mm、外徑 160mm、寬度 40mm，脂潤滑轉速 3400r・min⁻¹，油潤滑轉速 312r・min⁻¹，基本額定靜載荷 230kN，基本額定動載荷 3.26kN，質量 90kg。石蠟密度 760kg・m⁻³，比熱容 2100kJ・kg⁻¹・K⁻¹，潛熱 170kJ・kg⁻¹，液體相溫度 330.15K，動力黏度 0.0032kg・m⁻¹・s⁻¹，導熱係數 0.25W・m⁻¹・k⁻¹。

  過盈配合量調節裝置結構為：石蠟填充空腔後，用電熱絲連接直流電源與石蠟固體，通過穩壓直流電源和電熱絲加熱石蠟，石蠟升溫至熔點變為液體，體積增大，對主軸施加壓力使主軸膨脹，改變與軸承的過盈配合量。該裝置優點在於可通過電流控制對主軸施加柔性載荷，且能藉助傳感器實時監測溫度和載荷，精確控制過盈配合量，溫度降低後石蠟變回固體可重複試驗。

  主軸一端為空心軸，其直徑計算公式為 d≥A₀³√[P/(n (1-β⁴))]，P 為主軸傳遞功率，n 為主軸轉速，β 為空心軸內徑與外徑的比值(取 0.3)。基於軸承安裝位置及許用過盈配合量(0.013-0.028mm)，計算得空心軸內徑 30mm，長度 70mm。

  二、切片機主軸軸承過盈配合量調節裝置的方案驗證

  《2025-2030年中國切片機行業市場深度研究與戰略諮詢分析報告》指出，建立主軸系統仿真模型，固定軸的右側及石蠟固體左端，設置主軸與軸承初始過盈配合量為 0.013mm，在耦合場瞬態模塊中使石蠟溫度 0-220℃均勻變化，每秒上升 10℃。

  仿真顯示，主軸最高溫度在與石蠟接觸位置，其他位置溫度變化小，對主軸體積影響小;軸承內圈溫度最高，滾子和外圈溫度較低，溫升對軸承零件膨脹影響可忽略。

  主軸與軸承過盈配合量隨溫度變化情況為：40-80℃範圍內，因與石蠟相變溫度重合，存在相變潛熱，最大過盈配合量變化明顯;溫度高於 80℃後，最大過盈配合量僅受熱膨脹係數影響，變化近似呈直線，驗證了方案可行性。

  三、切片機主軸系統的動態特性分析

  切片機行業主軸及軸承材料均為 45# 鋼，彈性模量 210GPa。不同過盈配合量下主軸與軸承間的預應力不同，0.013mm 時為 33.98MPa，0.015mm 時為 39.21MPa，0.018mm 時為 47.05MPa，0.020mm 時為 52.25MPa，0.022mm 時為 57.51MPa，0.024mm 時為 62.74MPa，0.026mm 時為 67.97MPa，將這些力作為預應力進行模態分析。

  模態分析表明，隨著過盈配合量增大，主軸固有頻率增大，因模態振型不同，各階固有頻率變化率不同，高階模態變化率高於低階。第 4 階模態(軸向平移運動)受影響較大，固有頻率變化率最大為 1.35%;第 3 階模態(主軸繞迴轉軸轉動)受影響較小，變化率最小為 0.25%。

  諧響應分析採用模態疊加法，結果顯示：激振頻率 0-1kHz 時，各過盈配合量下主軸軸向、徑向振幅增率大致相同;1-2kHz 時，振幅增率隨過盈配合量增加而減小;相同激振頻率下，過盈配合量越大，軸向、徑向振幅越小。這表明在實際工作中，在許用範圍內適當增加過盈配合量可減小主軸振動，仿真結果驗證了通過溫控調節過盈配合量改善主軸振動的可行性。

  總結

  基於溫控理論設計的金剛線切片機主軸與軸承過盈配合量調節裝置，利用石蠟受熱膨脹實現過盈配合量的柔性調節，仿真驗證了方案的可行性。過盈配合量在 0.013-0.028mm 範圍時，對主軸高階模態影響更大，第 4、5、6 階模態固有頻率變化率分別為 1.35%、0.77%、0.82%，第 1、2、3 階分別為 0.44%、0.16%、0.25%。且過盈配合量越大，主軸軸向、徑向振幅越小，在許用範圍內適當增加過盈配合量可減小主軸振動，使切片機運行更平穩，為提升切片機加工質量提供了有力支持。

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