高速电主轴的内部结构说明
电主轴的工作原理、典型结构及优点
电主轴的工作原理、典型结构及优点打印引用发布时间：2010-04-25电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，本文介绍了电主轴的工作原理、典型结构，阐述了电主轴的关键技术，总结了其发展趋势.1、概述由于高速加工不但可以大幅度提高加工效率，而且还可以显著提高工件的加工质量，所以其应用领域非常广泛，特别是在航空航天、汽车和模具等制造业中。
于是，具有高速加工能力的数控机床已成为市场新宠。
目前，国内外各著名机床制造商在高速数控机床中广泛采用电主轴结构，特别是在复合加工机床、多轴联动、多面体加工机床和并联机床中。
电主轴是高速数控加工机床的“心脏部件”，其性能指标直接决定机床的水平，它是机床实现高速加工的前提和基本条件。
2、电主轴的工作原理、典型结构及优点2.1 电主轴的工作原理电主轴就是直接将空心的电动机转子装在主轴上，定子通过冷却套固定在主轴箱体孔内，形成一个完整的主轴单元，通电后转子直接带动主轴运转。
2.2电主轴的典型结构电主轴单元典型的结构布局方式是电机置于主轴前、后轴承之间（如图所示），其优点是主轴单元的轴向尺寸较短，主轴刚度大，功率大，较适合于大、中型高速数控机床；其不足是在封闭的主轴箱体内电机的自然散热条件差，温升比较高。
1主轴箱体 2冷却套 3冷却水进口 4定子 5转子 6套筒7冷却水出口 8转轴 9反馈装置 10主轴前轴承 11主轴后轴承2.3电主轴的优点电主轴省去了带轮或齿轮传动，实现了机床的“零传动”，提高了传动效率。
电主轴的刚性好、回转精度高、快速响应性好，能够实现极高的转速和加、减速度及定角度的快速准停（C轴控制），调速范围宽。
3、电主轴的关键技术“电主轴”的概念不应简单理解为只是一根主轴套筒，而应该是一套组件，包括：定子、转子、轴承、高速变频装置、润滑装置、冷却装置等。
因此电主轴是高速轴承技术、润滑技术、冷却技术、动平衡技术、精密制造与装配技术以及电机高速驱动等技术的综合运用。
3.1电主轴的高速轴承技术实现电主轴高速化精密化的关键是高速精密轴承的应用。
高速电主轴精品PPT课件
瑞士Fischer公司，推出了配有在线自动动平衡装置 的电主轴部件，可在一秒钟内消除80％-99％的由动 平衡引起的振动。
永磁同步电动机的电主轴问世，其转子为永久磁铁， 不发热，解决了内装式电动机散热不良的问题。
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脂润滑：粘度太大，而且没有冷却作用 油雾润滑：高速性能好、润滑可靠、压缩
空气冷却轴承；供油量无法精确控制，供 油过量，搅油发热严重，排出的废气中含 油量较多 油气润滑：供油量可调、能够实现微量最 佳润滑、污染小。
油 - 气润滑
按照实际需要，定时、 定量地供给油-气混合 物。 微小油滴在滚动体和内 外滚道间形成弹性动 压油膜，压缩空气带 走轴承产生的热量。
润滑方式和供气量 对轴承温度的影响
电主轴的发热和冷却
电主轴单元的内部有两个主要热源：
1主轴轴承
采用角接触陶瓷球轴承， 油气润滑，合理的预 紧力。
2内装式电动机
机械损耗、电损耗、磁损耗。 采用定子循环水冷却结构。
电主轴冷却方法
电主轴的常用冷却方法 是利用循环冷却水降 低主轴系统的温升。 分外水套和内水套两 种，冷却介质可以是 水或油。 电主轴运转时的温度一 般大于20°小于40°。
Thinking In Other People‘S Speeches，Growing Up In Your Own Story
电主轴结构组成与各功能介绍
电主轴结构组成与各功能介绍电主轴是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。
电主轴包括电主轴本身及其附件，包括高速轴承技术、高速电机技术、润滑、冷却装置、内置脉冲编码器、自动换刀装置、高频变频装置等。
电动机的转子直接作为机床的主轴，主轴单元的壳体就是电动机机座，并且配合其他零部件，实现电动机与机床主轴的一体化。
高速轴承技术：其通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍;有时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限。
高速电机技术：电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把其看作一台高速电动机。
关键技术是高速度下的动平衡;润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑;也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。
所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。
所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。
而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。
油量控制很重要，太少，起不到润滑作用;太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。
冷却装置：为了尽快给高速运行的主轴散热，通常对其外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。
内置脉冲编码器：为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹，主轴内置一脉冲编码器，以实现准确的相角控制以及与进给的配合。
自动换刀装置：为了应用于加工中心，配备了自动换刀装置，包括碟形簧、拉刀油缸等。
高速刀具的装卡方式：广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。
这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀具。
高频变频装置：要实现主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动其内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。
电主轴内部各系统简介ppt课件
第三章
驱动系统
定子铁心
定子铁心是三相异步电动机磁路 的一部分。其槽中嵌放定子绕组。
由于旋转磁场相对于定子铁心以 同步转速旋转，所以铁心中的磁通是 交变的，为减小由于旋转磁场在定子 铁心中引起的涡流和磁滞损耗，定子 铁心通常采用导磁性能较好的厚度为 0.35~0.5mm表面涂有绝缘漆的硅钢 片叠装而成。为了嵌放定子绕组，硅 钢片的内圆表面冲有均匀分布的槽。
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电主轴简介
张国烨 2015/11/30
Start 目 录
ห้องสมุดไป่ตู้电主轴
1
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3
4 5
6
电主轴种类 换刀机构 驱动系统 支承系统 润滑系统 冷却系统
Start 序 言
电主轴简介
机床主轴根据驱动方式分为机械主轴和电主轴。机械主轴是 外置的电动机通过皮带或联轴器驱动主轴旋转；电主轴是由内 装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零， 实现了机床的“零传动”，由于没有中间传动环节，有时又称它为 “直接传动主轴”。电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动 小、噪声低、响应快等优点，而且转速高、功率大，简化机床 设计，易于实现主轴定位，是高速主轴单元中的一种理想结构。
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第三章
驱动系统
变频器
变频器是应用变频技术与微 电子技术，通过改变电机工作电 源频率方式来控制交流电动机的 电力控制设备。变频器主要由整 流（交流变直流）、滤波、逆变 （直流变交流）、制动单元、驱 动单元、检测单元微处理单元等 组成。变频器靠内部IGBT的开断 来调整输出电源的电压和频率， 根据电机的实际需要来提供其所 需要的电源电压，进而达到节能、 调速的目的。
第一章
电主轴分类
基于数控机床的高速电主轴结构分析
基于数控机床的高速电主轴结构分析摘要：笔者结合自己的具体工作，经过对数控机床中高速主轴的结构的分析和探讨，从轴承的技术设计到主轴的动平衡设计，在此基础上引出来超高速主轴的轴端设计的理论概念和方法，同时还给出了一些具体的优化技巧和改进措施。
关键词：电主轴超高速零传动笔者在实践中总结和发现，数控机床中的高速加工，其先决条件就是一定要确保主轴的值不能小于1×106。
研究表明，高速加工有着自身大功率、宽调速的特性。
要实现高速加工，最佳方法就是直接把主轴电机的转子、定子装入主轴组件，这样就会形成一个整体的电主轴，从而实现了主轴系统的“零传动”。
因为电主轴有着紧凑、惯性小、重量轻、动态特性好相对良好的优点，所以能够改善加工机床的实际动平衡，能够大幅度地消除了振动与噪声，因此，这种方式得到了高速切削机床行业的广泛关注。
由于电主轴工作过程中其转速相对比较高，所以在具体的结构设计和控制、制造过程都提出了严格的要求和实施范围。
比如主轴的动平衡、散热、支承、精密控制及润滑等。
1、主轴轴承的技术分析主轴轴承技术属于整个超高速主轴行业中的一个最重要的技术。
现在，在世界超高速机床行业，使用最为广泛的轴承形式就是动静压轴承、磁浮轴承和混合陶瓷轴承。
1.1 磁浮轴承磁浮轴承其实就是通过电磁力的作用，把整个转轴悬浮在相应空间的一种轴承，它的优点就是定子与转轴之间不出现任何的机械接触。
因为没有机械接触，所以转轴都能达到一个极值的转速。
它的结构特点就是磨损小、噪声小、能耗低、寿命长、无油污染、无需润滑，由于磁浮轴承属于可控的轴承，转子的具体位置完全可以自律，主轴阻尼和刚度都可以调整，这样在整个加工过程中是其他轴承无法替代的。
制约磁浮轴承广泛应用的主要原因有价格、发热以及复杂的控制系统等问题，所以很多只适用于一些特殊的场合。
1.2 动静压轴承动静压轴承属于综合了静压轴承和动压轴承两者优点的一种新型多油楔油膜轴承，它的优势就在于回避了静压轴承在高速运转下的发热和复杂的供油系统，防止了动压轴承停止与启动过程所发生的一些干摩擦，由于他的调速范围比较宽，有着良好的高速性能。
电主轴内部各系统简介
第三章
驱动系统
电机
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1-主轴；2-轴承；3-前大盖； 4-壳体； 5-平衡环；6-定子；7-转子； 目前最常见8的-后是盖三相异步交流电动机，电主轴电机主要 由两大部分组成。一是固定不动的部分（简称定子），二是
可以自由旋转的部分（简称转子）。
第三章
驱动系统
定子铁心
LOG O
第一章
电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ轴分类
一般来说，不同的依 据，就有不同的分类方法。 比如说，根据轴承类型， 可分为滚动轴承电主轴 （角接触球轴承电主轴）、 液体轴承电主轴（动静压 电主轴）、气体轴承电主 轴和磁悬浮轴承电主轴； 根据电机类型，可分为异 步型电主轴和永磁同步型 电主轴。
按照应用来进行分类， 这种分类方法也是现在很 多厂家正在生产和使用的 一种方法，主要分为磨削 用电主轴、钻铣用电主轴、 车削用电主轴、加工中心 用电主轴、木工用电主轴、
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第三章
驱动系统
变频器
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变频器是应用变频 技术与微电子技术，通 过改变电机工作电源频 率方式来控制交流电动 机的电力控制设备。变 频器主要由整流（交流 变直流）、滤波、逆变 （直流变交流）、制动 单元、驱动单元、检测 单元微处理单元等组成。 变频器靠内部IGBT的开 断来调整输出电源的电 压和频率，根据电机的 实际需要来提供其所需 要的电源电压，进而达 到节能、调速的目的。
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第二章
电主轴分类
换刀机构
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第二章
电主轴分类 碟簧
（1）叠合（并联）方式 碟簧之间以头尾相接穿在轴上的 连接方式。其效果是弹力是一个 碟簧的n倍，行程为单个碟簧的行 程。如：四片平行叠法，行程为1 片，弹力为4倍。 （2）对合（串联）方式 碟簧之间头对头背对背式连接穿 在轴上的连接方式。其效果是弹 力是单个碟簧的弹力，行程为一 个弹簧的n倍。如：四片串联叠法， 行程为4片，弹力为1倍。 （3）混合方式 将上面两种方式混合使用，如： 二片平行三次串联叠法，行程为2 片，弹力为4倍，
电主轴内部各系统简介
（a）半闭口槽（b）半开口槽（c）开口槽
第三章
驱动系统
定子绕组 电机的启动性能会好一些，功率因数可以提高一些
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定子绕组
定子铁心
定子绕组是异布电动机定子部分的电路，作用是通入 三相交流电后，产生旋转磁场。它主要由定子铁心、定子 绕组组成，鼠笼型和绕线型异步电动机的定子结构是完全 一样的，定子绕组分单层绕组和双层绕组。
第二章
电主轴分类
换刀机构
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第二章
电主轴分类
碟簧
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（1）叠合（并联）方式 碟簧之间以头尾相接穿在轴上的连接方式。 其效果是弹力是一个碟簧的n倍，行程为单个 碟簧的行程。如：四片平行叠法，行程为1片， 弹力为4倍。 （2）对合（串联）方式 碟簧之间头对头背对背式连接穿在轴上的连 接方式。其效果是弹力是单个碟簧的弹力， 行程为一个弹簧的n倍。如：四片串联叠法， 行程为4片，弹力为1倍。 （3）混合方式 将上面两种方式混合使用，如：二片平行三 次串联叠法，行程为2片，弹力为4倍，
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电主轴简介
张国烨 2015/11/30
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电主轴
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电主轴种类 换刀机构 驱动系统 支承系统 润滑系统 冷却系统
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序言
电主轴简介
机床主轴根据驱动方式分为机械主轴和电主轴。机械主轴 是外置的电动机通过皮带或联轴器驱动主轴旋转；电主轴是由 内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零， 实现了机床的“零传动”，由于没有中间传动环节，有时又称它为 “直接传动主轴”。电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动 小、噪声低、响应快等优点，而且转速高、功率大，简化机床 设计，易于实现主轴定位，是高速主轴单元中的一种理想结构。
数控机床高速电主轴结构分析
主 轴 是 直 接 体 现 机 床 性 能 的 关 键 部 件。 目前 ， 数控 机 床 大量 采 用 内 装变 频 电动 机 的 主 轴 部 件 。 是 一 种 机 电一 体 化 的 功 它 能部 件 ， 电 动机 转 子 与 主轴 是 一 体 的 ， 其 无 需任 何 机械 连 接 。 改变 供 电的 频率 ， 可 以 就 实现 主轴 调 速 这 种 模 块 化 、 列 化 的 功 能 部 件 称 为 系 电 主轴 。 常 由具 有 设计 和 制 造 高 速 、 精 通 高 度 、 频 调 速 电 主 轴 丰 富 经 验 的专 业 公 司 变 提供 ， 品质 量 和 供 货 容 易 获 得 保 证 。 产
为“ 高频主轴 ”Ｈ ｇ ｒｑ ｅ ｃ ｐｎ ｌ） （ ｉ ｈ Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｓ ｉｄ ｅ。 图ｌ 所示 为 电 主 轴 的结 构 简 图 ， 主 要 特征 其 是 将 电 动 机 内 置 于 主 轴 内 部 直 接 驱 动 主 轴 ， 现 电动 机 、 轴 一 体 化 的功 能 。 主 实 主 电 轴 由无 外 壳 电机 、 轴 、 承 、 轴 单 元 壳 主 轴 主 体、 驱动 模 块 和 冷却 装 置 等组 成 。 机 的转 电 子 采 用 压 配 方法 与 主 轴 做 成 一 体 ， 轴 则 主 由前 后 轴 承 支 承 。 机 的 定 子 通 过 冷 却 套 电 安装于主轴单元 的壳体中。 轴的变速 由 主 主 轴 驱 动 模 块 控 制 ， 主轴 单 元 内 的 温 升 而 由冷 却装 置 限 制 。 主 轴 的后 端 装 有 测 速 、 在 测 角位 移 传 感 器 ， 前端 的 内 锥 孔 和 端 面 用 １高速 电主轴的特点 高速 运 转 的 电主 轴 的 主 轴 形 式 是 将 主 于 安 装 刀具 。 工 作 原 理 和普 通 的 异 步 电动 机 的 工作 轴 电机 的 定 子 、 子 直 接 装 入 主 轴 组件 的 转 改 内部 ， 即把 高 速 电 机置 于 精 密 主轴 内部 ， 电 原 理 一 致 ， 变 输 入 电 动 机 定 子 绕 组 的 电 在 主轴 的 电 机转 子 就 是 主 轴 ， 轴 的 壳 体 就 流 频 率 和 励 磁 电压 获 得 各 种 转 速 。 加 速 主 通 减 是 电机 的 机座 ， 现 了 变 频 调 速 电机 和 主 和 制 动 过 程 中 ， 过 改 变 频 率 进 行 加 ／ 实 以免 电动机 温 升 过 高 。 由于 电动机 旋 转 轴一 体 ， 机 直接 驱 动 主轴 ， 成 电 主 轴 。 速 ， 电 形 电 主 轴 取 消 了 电 机 到 主 轴 传 动 链 中 的 齿 磁 场 的 方 向取 决 于输 入定 子 三 相 交 流 电的 故 便 轮 、 带等 一 切 中 间环 节 ， 力源 对 主 轴 的 相序 ， 改 变 电主 轴输 入 电流 的 相 序 ， 可 皮 动 直 接 传 动 ， 动 链长 度 为零 ， 现 了机 床 主 改 变 电 主 轴 的 旋 转 方 向 传 实
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高速电主轴的内部结构说明
高速主轴单元主要有高速电主轴，气动主轴和水动主轴。
其中高速电主轴最为常见，高速电主轴单元是高速加工机场中最为关键的部件之一。
目前大多数电主轴结构都是把加工主轴与电机转轴做成一体，以实现零传动。
同时电机外壳带有冷却系统，高速电主轴主要有带冷却系统的壳体，定子、转子、轴承等部分组成，工作时通过改变电流的频率来实现增减速度。
由于高速电主轴要实现高速运转，以下几个零部件质量直接影响着高速电主轴的性能。
（1）转轴是高速电主轴的主要回转体。
他的制造精度直接影响电主轴的最终精度。
成品转轴的形位公差尺寸精度要求很高，转轴高速运转时，由偏心质量引起震动，严重影响其动态性能，必须对转轴进行严格动平衡测试。
部分安装在转轴上的零件也应随转轴一起进行动平衡测试。
（2）高速电主轴的核心支撑部件是高速精密轴承。
因为电主轴的最高转速取决于轴承的功能、大小、布置和润滑方法，所以这种轴承必须具有高速性能好、动负荷承载能力高、润滑性能好、发热量小等优点。
近年来，相继开发了动静压轴承、陶瓷轴承、磁浮轴承。
动静压轴承具有很高的刚度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工质量、延长寿命，降低加工成本；而且这种寿命为半无限长。
磁浮主轴的高速性能好、精度高、容易实现诊断和在线监控。
但这种主轴由于电磁测控系统复杂，价格十分昂贵，而且长期居高不下，至今未能得到广泛应用。
目前市场上应用最广泛的就是陶瓷轴承，一般的角接触陶瓷轴承内外圈都是钢圈，滚动体是陶瓷材料。
陶瓷具有密度小，刚度好，热膨胀系数小等优点。
而且在理论计算和接触疲劳试验和压碎试验表明，混合式陶瓷轴承首先失效的是钢圈而不是陶瓷球。
由于前面三种轴承理论寿命均为无穷大，特别是磁悬浮轴承还具有自动调节偏心等优点，在未来超高速机床市场上，随着技术的发展，磁悬浮轴承应是发展方向。
而在一般的高速加工机床中，混合式陶瓷轴承或纯陶瓷轴承也将具有广泛的使用场合。
（3）润滑系统
采用良好的润滑系统对高速电主轴性能有着重要的影响。
典型的润滑方法是采用油雾润滑或气油混合物润滑。
前者主是把润滑油雾化在对轴承进行润滑，润滑油不可再回收，对空污染较严重。
后者是直接把润滑油利用高压空气吹进轴承，润滑作用的同时还起到散热的作用。
(end) 文章内容仅供参考() ()(2010-7-1)
本文由无锡汽车租赁 奶茶店加盟 联合整理发布。