电主轴内部各系统简介ppt课件
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电主轴技术讲座第二讲电主轴的基本参数与结构_一_
电主轴技术讲座第二讲电主轴的基本参数与结构_一_电主轴（Electrospindle）是一种将电能转换为机械能的装置，常用于数控机床、加工中心等设备中。
本讲座将介绍电主轴的基本参数与结构。
一、电主轴的基本参数2. 功率（Power）：电主轴的功率是指单位时间内产生的机械功率，单位为千瓦（kW）。
功率的选择要根据切削力和材料的硬度等因素来确定，一般在2-50kW之间。
3. 扭矩（Torque）：电主轴的扭矩是指主轴承受的力矩大小，单位为牛顿米（Nm）。
扭矩的大小直接影响主轴的加工能力和稳定性，一般在2-500Nm之间。
4. 刚度（Stiffness）：电主轴的刚度是指主轴的抗弯、抗扭能力，也是主轴受力时的变形量。
刚度的高低决定了电主轴的动态性能和稳定性。
二、电主轴的结构电主轴的结构主要包括电机、轴承、刀具接口等部分。
1. 电机（Motor）：电主轴的电机一般采用交流电机或直流电机，根据需要可选择不同类型和功率的电机。
电机通过电能转换为机械能，驱动主轴旋转。
2. 轴承（Bearing）：电主轴的轴承用于支撑和定位主轴，承受主轴的径向和轴向力。
轴承的选用要考虑到主轴的转速、扭矩和刚度等参数，常用的轴承类型有深沟球轴承、角接触球轴承等。
3. 刀具接口（Tool Interface）：电主轴的刀具接口用于安装不同类型和规格的切削工具，包括刀柄、刀具夹持装置等。
刀具接口的选择要匹配主轴的规格和电机的功率，以确保切削工具的安全可靠。
三、电主轴的工作原理电主轴的工作原理是利用电能将电机旋转起来，并通过轴承将旋转的力传递给刀具，实现切削加工的效果。
其工作过程一般可分为以下几个步骤：1.电能输入：将电能输入到电机中，通过电机的换能作用将电能转换为机械能。
2.主轴旋转：电机的转子开始旋转，通过电机的驱动将力矩传递给主轴。
3.轴承支撑：轴承将主轴支撑，防止主轴在高速旋转时产生过大的振动和变形。
4.刀具安装：将切削工具安装在刀具接口上，用于进行切削加工。
精密电主轴PPT课件
®
电主轴的故障分析
使用原因
• 1）电机冷却不够充分，冷却系统流量偏小，水箱过小，冷却水管堵 塞。
• 2）主轴与电源匹配、电源供给的三相中频电压过高。 • 3）配用的三相静止变频电源输出波形差，高次谐波含量过高。 • 4）电主轴长时间超载、超负荷、超速运行。 • 5）由于操作不慎造成撞车、闷车事故，主轴及轴承受损。
®
电主轴的故障分析
电主轴温升过高
油雾型电主轴外壳最热点温升超过25℃，油脂型电主轴外壳最热点 温升超过 30 ℃应视作异常。 造成主轴温升过高的原因很多，装主配要原因规类为：
使用原因
温升 过高
润滑原因
电气原因
制造质量原因
®
电主轴的故障分析
装配原因
• 1）选用轴承质量差，高速旋转时轴承温升过高。 • 2）轴承反装、或安装未到位。 • 3）装配时清洁度差，轴承工作区域混入杂物。 • 4）主轴轴承外径与轴承座孔内径配合间隙过小。 • 5）转轴轴承档外径与轴承内孔过盈偏大。 • 6）轴承间内外调整垫平行差，垂直度差。 • 7）无导套型电主轴后轴承外调整垫外径过大，使之与座孔无间隙，
20世纪80年代，以GDZ系列和4SD系列电主轴为代表的高速、大 功率电主轴问世了。此时电主轴行业逐渐形成技术优势占领先地位的 洛阳轴承研究所，以配套机床为主的无锡机床厂和安阳莱必泰三家电 主轴专业生产厂。
20世纪90年代，洛阳轴承研究所开发了2GDZ系列超大功率、超 大刚度磨床用电主轴，无锡机床厂开发了5SD系列磨床用电主轴，近年 来，随着油气技术、恒温冷却和陶瓷球轴承等新技术的发展为电主轴 技术水平的提高创造了有利条件。
• 7、电主轴的停车步骤：
• （1）停止运转 （2）停水 （3）停油雾
电主轴的故障分析
使用原因
• 1）电机冷却不够充分，冷却系统流量偏小，水箱过小，冷却水管堵 塞。
• 2）主轴与电源匹配、电源供给的三相中频电压过高。 • 3）配用的三相静止变频电源输出波形差，高次谐波含量过高。 • 4）电主轴长时间超载、超负荷、超速运行。 • 5）由于操作不慎造成撞车、闷车事故，主轴及轴承受损。
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电主轴的故障分析
电主轴温升过高
油雾型电主轴外壳最热点温升超过25℃，油脂型电主轴外壳最热点 温升超过 30 ℃应视作异常。 造成主轴温升过高的原因很多，装主配要原因规类为：
使用原因
温升 过高
润滑原因
电气原因
制造质量原因
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电主轴的故障分析
装配原因
• 1）选用轴承质量差，高速旋转时轴承温升过高。 • 2）轴承反装、或安装未到位。 • 3）装配时清洁度差，轴承工作区域混入杂物。 • 4）主轴轴承外径与轴承座孔内径配合间隙过小。 • 5）转轴轴承档外径与轴承内孔过盈偏大。 • 6）轴承间内外调整垫平行差，垂直度差。 • 7）无导套型电主轴后轴承外调整垫外径过大，使之与座孔无间隙，
20世纪80年代，以GDZ系列和4SD系列电主轴为代表的高速、大 功率电主轴问世了。此时电主轴行业逐渐形成技术优势占领先地位的 洛阳轴承研究所，以配套机床为主的无锡机床厂和安阳莱必泰三家电 主轴专业生产厂。
20世纪90年代，洛阳轴承研究所开发了2GDZ系列超大功率、超 大刚度磨床用电主轴，无锡机床厂开发了5SD系列磨床用电主轴，近年 来，随着油气技术、恒温冷却和陶瓷球轴承等新技术的发展为电主轴 技术水平的提高创造了有利条件。
• 7、电主轴的停车步骤：
• （1）停止运转 （2）停水 （3）停油雾
高速电主轴精品PPT课件
瑞士Mikron公司，生产的机床配备了最高达 60000r/min的高速电主轴。
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。
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
Thank You
在别人的演说中思考，在自己的故事里成长
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
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。
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
Thank You
在别人的演说中思考，在自己的故事里成长
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。
电主轴系统固有频率和临界转速分析PPT课件
• 在高速工作状态下，电主轴转子系统不仅要承受 轴向和径向切削力、预载荷作用，而且还要承受 很大的高速离心力和陀螺力矩等作用，它们都会 引起主轴系统的振动。
• 轴的临界转速与主轴振动的固有频率直接相关， 即要想求得临界转速，要先求得固有频率。
• 系统的固有频率只与系统的质量、刚度和阻尼有
关。
第1页/共页
一、主轴运动方程
电主轴属于多支承轴系，在弹性理论中，基本上都是基于弹性小变形假 设来解决问题的，实际应用中的主轴系统一般都能满足这个基本条件在 此我们将一根阶梯轴离散成N个单元进行分析。
主轴划分单元示意图 轴系振动时的振动微分方程为:
第2页/共12页
（1）
{x}—系统位移列阵，由各单元位移列阵迭加而成; { }—速度列阵;{ }—加速度列阵; {M}一系统质量矩阵，由各单元质量矩阵迭加而成; {c}—系统阻尼矩阵，由各单元阻尼矩阵迭加而成; {k}—系统刚度矩阵，由各单元刚度矩阵迭加而成，包括轴承的支 撑刚度; {p}为总体载荷列阵，由扩展之后单元载荷列阵迭加而成。
（5）
➢则单元质量矩阵[M]e为[m]与[mo]对应元素之和，单元刚度矩 阵即为[K]e。
第7页/共12页
三、固有频率与临界转速计算
其中（2）式的解具有下述形式：
（6）
将式(6)带入(2)，整理得：
临界转速: 固有频率：
（8） （9）
（7） 重要
➢(7)式是一个求解广义特征值问题，它的n个特征值就是主轴系统的n阶角 频率，其求解工作量非常大，可以借助于Matlab和VC十+联合编程求解。
第4页/共12页
单元质量和刚度矩阵分别为：
第5页/共12页
（3）
（4）
注：有些文献中对单元质量和刚度矩阵的计算采用了简化的方 法，此处需要指出的是，简化公式是以梁的高度远小于跨度为 条件的，因为只有在此条件下，才能忽略剪切变形的影响。
• 轴的临界转速与主轴振动的固有频率直接相关， 即要想求得临界转速，要先求得固有频率。
• 系统的固有频率只与系统的质量、刚度和阻尼有
关。
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一、主轴运动方程
电主轴属于多支承轴系，在弹性理论中，基本上都是基于弹性小变形假 设来解决问题的，实际应用中的主轴系统一般都能满足这个基本条件在 此我们将一根阶梯轴离散成N个单元进行分析。
主轴划分单元示意图 轴系振动时的振动微分方程为:
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（1）
{x}—系统位移列阵，由各单元位移列阵迭加而成; { }—速度列阵;{ }—加速度列阵; {M}一系统质量矩阵，由各单元质量矩阵迭加而成; {c}—系统阻尼矩阵，由各单元阻尼矩阵迭加而成; {k}—系统刚度矩阵，由各单元刚度矩阵迭加而成，包括轴承的支 撑刚度; {p}为总体载荷列阵，由扩展之后单元载荷列阵迭加而成。
（5）
➢则单元质量矩阵[M]e为[m]与[mo]对应元素之和，单元刚度矩 阵即为[K]e。
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三、固有频率与临界转速计算
其中（2）式的解具有下述形式：
（6）
将式(6)带入(2)，整理得：
临界转速: 固有频率：
（8） （9）
（7） 重要
➢(7)式是一个求解广义特征值问题，它的n个特征值就是主轴系统的n阶角 频率，其求解工作量非常大，可以借助于Matlab和VC十+联合编程求解。
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单元质量和刚度矩阵分别为：
第5页/共12页
（3）
（4）
注：有些文献中对单元质量和刚度矩阵的计算采用了简化的方 法，此处需要指出的是，简化公式是以梁的高度远小于跨度为 条件的，因为只有在此条件下，才能忽略剪切变形的影响。
数控机床电主轴单元技术.ppt
③精密加工与精密装配工艺水平高。④配套控制系 统水平高。
这些控制系统包括转子自动平衡系统、轴承油气润 滑与精密控制系统、定转子冷却温度精密控制系统、 主轴变形温度补偿精密控制系统等。并在此基础之 上，这些外国厂家如美国、日本、德国、意大利和 瑞士等工业发达国家已生产了多种商品化高速机床。
电主轴技术的发展趋势主要表现在以下几个方面：
关键技术： 1、动静压轴承层流、紊流流体惯性的计算算法的研究。 2、动静压轴承油腔结构的研究。 3、轴承闻声及变形控制技术的研究 4、润滑截止的研究。
轴承技术
陶瓷球轴承
优点
1、陶瓷的密度比轴承钢的密度低。同等条件下，离心力降低可以延 长高速轴承的寿命
2、陶瓷材料在高温条件下。强度和硬度保持不变。因而在高温条 件下可取代金属轴承材料。
3、陶瓷轴承的热膨胀系数低。
4、陶瓷材料的热润滑性好，有利于降低滚动体和套圈滚到的摩擦力。
缺点
制造困难，造价较高。
轴承技术
轴承动力学分析
滚动体所受的离心力和陀螺力矩 滚动体的离心力
滚动轴承的破坏形式主要有：疲劳破坏、磨损、塑形压痕、 烧伤和润滑失效等形式。 刚轴承的破坏：主要是接触疲劳脱落。 陶瓷球轴承的破坏主要是轴承钢套圈的接触疲劳脱落。
电主轴原理与结构
1. 1. 1 轴 壳 轴壳是高速电主轴的主要部件. 轴壳的尺寸精度和位置精度直 接影响主轴的综合精度. 通常将轴承座孔直接设计在轴壳上. 电 主轴为加装电机定子,必须开放一端. 大型或特种电主轴,可将轴 壳两端均设计成开放型. 1. 1. 2 转 轴 转轴是高速电主轴的主要回转主体. 它的制造精度直接影响电 主轴的最终精度. 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. 1. 1. 3 轴 承 高速电主轴的核心支承部件是高速精密轴承. 因电主轴的最高 转速取决于轴承的大小、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 的优点 1. 1. 4定子与转子 高速电主轴的定子由具有高导磁率的优质矽钢片迭压而成. 转 子是中频电机的旋转部分,它的功能是将定子的电磁场能量转 换成机械能. 转子由转子铁芯、鼠笼、转轴三部分组成.
这些控制系统包括转子自动平衡系统、轴承油气润 滑与精密控制系统、定转子冷却温度精密控制系统、 主轴变形温度补偿精密控制系统等。并在此基础之 上，这些外国厂家如美国、日本、德国、意大利和 瑞士等工业发达国家已生产了多种商品化高速机床。
电主轴技术的发展趋势主要表现在以下几个方面：
关键技术： 1、动静压轴承层流、紊流流体惯性的计算算法的研究。 2、动静压轴承油腔结构的研究。 3、轴承闻声及变形控制技术的研究 4、润滑截止的研究。
轴承技术
陶瓷球轴承
优点
1、陶瓷的密度比轴承钢的密度低。同等条件下，离心力降低可以延 长高速轴承的寿命
2、陶瓷材料在高温条件下。强度和硬度保持不变。因而在高温条 件下可取代金属轴承材料。
3、陶瓷轴承的热膨胀系数低。
4、陶瓷材料的热润滑性好，有利于降低滚动体和套圈滚到的摩擦力。
缺点
制造困难，造价较高。
轴承技术
轴承动力学分析
滚动体所受的离心力和陀螺力矩 滚动体的离心力
滚动轴承的破坏形式主要有：疲劳破坏、磨损、塑形压痕、 烧伤和润滑失效等形式。 刚轴承的破坏：主要是接触疲劳脱落。 陶瓷球轴承的破坏主要是轴承钢套圈的接触疲劳脱落。
电主轴原理与结构
1. 1. 1 轴 壳 轴壳是高速电主轴的主要部件. 轴壳的尺寸精度和位置精度直 接影响主轴的综合精度. 通常将轴承座孔直接设计在轴壳上. 电 主轴为加装电机定子,必须开放一端. 大型或特种电主轴,可将轴 壳两端均设计成开放型. 1. 1. 2 转 轴 转轴是高速电主轴的主要回转主体. 它的制造精度直接影响电 主轴的最终精度. 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. 1. 1. 3 轴 承 高速电主轴的核心支承部件是高速精密轴承. 因电主轴的最高 转速取决于轴承的大小、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 的优点 1. 1. 4定子与转子 高速电主轴的定子由具有高导磁率的优质矽钢片迭压而成. 转 子是中频电机的旋转部分,它的功能是将定子的电磁场能量转 换成机械能. 转子由转子铁芯、鼠笼、转轴三部分组成.
电主轴内部各系统简介
另外，变频器还有
第三章
驱动系统
电机
LOG O
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、
LOG O
第三章
驱动系统
变频器
LOG O
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。
LOG O
第二章
电主轴分类
换刀机构
LOG O
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，
第三章
驱动系统
电机
LOG O
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、
LOG O
第三章
驱动系统
变频器
LOG O
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。
LOG O
第二章
电主轴分类
换刀机构
LOG O
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，
主轴系统课件
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2. 2 数控机床主轴的传动方式与主 传动系统类型
①传动效率高，可达98%以上。 ②无滑动，传动比准确。 ③传动平稳，噪声小。 ④使用范围较广，速度可达50m/s，速比可达10左右，传递功
率由几瓦至数下 ⑤维修保养方便，不需要润滑。 ⑥安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本
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2. 2 数控机床主轴的传动方式与主 传动系统类型
热量直接影响主轴，主轴的热变形严重影响机床的加工精度， 因此合理选用主轴轴承以及润滑、冷却装置十分重要。
虽然电主轴外形各不相同，但其实质都是一只转子中空的电 动机。外壳有进行强制冷却的水槽，中空套简用于直接安装 各种机床主轴。从而取消了从主电动机到主轴之间的机械传 动环节(如传动带、齿轮、离合器等)，实现了主电动机与机 床主轴的一体化，使机床的主传动系统实现了所谓的“零传 动”。主轴部件采用电主轴的传动方式有以下特点:
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2. 2 数控机床主轴的传动方式与主 传动系统类型
2.2.1 数控机床主轴的传动方式
1.齿轮传动方式 如图2-1所示的齿轮传动方式，一般大、中型数控机床多采
用这种方式。它通过几对齿轮降速，扩大了输出扭矩，确保 低速时的主轴输出扭矩特性的要求。有一部分小型数控机床 也采用这种传动方式，以获得强力切削时所需要的扭矩。 机械变速机构常采用滑移齿轮变速机构，它的移位大多采用 液压拨叉和电磁离合器两种变速操纵方法。 (1)液压拨叉变速 在带有齿轮传动的主传动系统中，齿轮的换挡主要靠液压拨 叉来完成。图2-2呆三位液压拨叉的原理图。
专题2 数控机床的主传动系统
2.1 数控机床对主传动系统的要求 2.2 数控机床主轴的传动方式与主传动
系统类型 2.3 主轴部件 2.4 主轴准停与主轴的同步运行功能 2.5 主轴润滑与密封 2.6 电主轴
2. 2 数控机床主轴的传动方式与主 传动系统类型
①传动效率高，可达98%以上。 ②无滑动，传动比准确。 ③传动平稳，噪声小。 ④使用范围较广，速度可达50m/s，速比可达10左右，传递功
率由几瓦至数下 ⑤维修保养方便，不需要润滑。 ⑥安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本
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2. 2 数控机床主轴的传动方式与主 传动系统类型
热量直接影响主轴，主轴的热变形严重影响机床的加工精度， 因此合理选用主轴轴承以及润滑、冷却装置十分重要。
虽然电主轴外形各不相同，但其实质都是一只转子中空的电 动机。外壳有进行强制冷却的水槽，中空套简用于直接安装 各种机床主轴。从而取消了从主电动机到主轴之间的机械传 动环节(如传动带、齿轮、离合器等)，实现了主电动机与机 床主轴的一体化，使机床的主传动系统实现了所谓的“零传 动”。主轴部件采用电主轴的传动方式有以下特点:
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2. 2 数控机床主轴的传动方式与主 传动系统类型
2.2.1 数控机床主轴的传动方式
1.齿轮传动方式 如图2-1所示的齿轮传动方式，一般大、中型数控机床多采
用这种方式。它通过几对齿轮降速，扩大了输出扭矩，确保 低速时的主轴输出扭矩特性的要求。有一部分小型数控机床 也采用这种传动方式，以获得强力切削时所需要的扭矩。 机械变速机构常采用滑移齿轮变速机构，它的移位大多采用 液压拨叉和电磁离合器两种变速操纵方法。 (1)液压拨叉变速 在带有齿轮传动的主传动系统中，齿轮的换挡主要靠液压拨 叉来完成。图2-2呆三位液压拨叉的原理图。
专题2 数控机床的主传动系统
2.1 数控机床对主传动系统的要求 2.2 数控机床主轴的传动方式与主传动
系统类型 2.3 主轴部件 2.4 主轴准停与主轴的同步运行功能 2.5 主轴润滑与密封 2.6 电主轴
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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。
— 多元轴系技术实验室—
电主轴简介
张国烨 2015/11/30
Start 目 录
ห้องสมุดไป่ตู้电主轴
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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。
LOGO
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
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、特殊加工电主轴和试验 机用电主轴等等。
脂润滑
定义
油雾润滑技术是利用压缩风的能量，将液态的润滑油雾化成 1um-3um的小颗粒，悬浮在压缩风中形成一种混合体，在自身的压 力能下，经过传输管线，输送到轴承部位，以达到较好润滑效果的 润滑方式。
油雾润滑
定义
单相流体油和单相气体压缩空气混合后就形成了两相油气混合 流，在压缩空气的带动下，润滑油在管道内形成螺旋状连续油膜， 最后以精细的连续油滴的方式送到轴承内部。
60°几种，随着接触角的增 负荷能力低。
大，轴承的轴向刚度也增大，
但径向刚度却会减小，大接
触角是不利于高速旋转的。
因此机床主轴轴承多用15°
和25°两种。
转速高，机械磨损小、 能耗低、噪声小、寿命长、 无需润滑、无油污染等， 特别适用于高速、真空、 超净等特殊环境中，但造 价昂贵，且技术不是十分 成熟。
定子铁心槽形通常有三种，即半 闭口槽、半开口槽和开口槽。
LOGO （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
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。
另外，变频器还有很多的保 护功能，如过流、过压、过载保 护等等。
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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；8-后盖
目前最常见的是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）。
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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，
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第四章
支撑系统
支承系统总装图
定子
转子
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前轴承
转轴
后轴承
第四章
支撑系统
轴承种类
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成本低，极限转速高， 能够同时承载轴向力和径向
转度高，精确度高； 无摩擦力；无磨损；不需
力。角接触球轴承的接触角 要润滑油；有卓越的速度
有 15 ° 、 25 ° 、 40 ° 、 控制性能；无噪音；但是
油气润滑
第六章
冷却系统
水道种类
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鼠笼式
水道环形水道 中心水冷
螺旋形水道
第六章
冷却系统
水流模拟
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回转精度高，摩擦小， 转速高，承受载荷大，但 是对环境污染大。
第四章
支撑系统
角接触球轴承配置方式
DB
DF
DT
TBT QFC
TFT
TT
QBT
QFT
QBC QT
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第四章
支撑系统
角接触球轴承配置方式
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第四章
支撑系统
角接触球轴承配置方式
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第五章
润滑系统
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定义
用人工的方式在轴承内部空间填充一定量的润滑脂，利用润滑 脂的润滑性能来达到润滑效果。