平磨电主轴——【电主轴的设计与选型】
100MD60Y4磨削用电主轴设计
摘要高速加工能显著提高生产率和降低生产成本，是一种很有前途的先进制造技术。
实现高速加工的前提是高质量的高速机床，高速电主轴是数控技术的关键部件和加工中心。
电主轴系统，静态和动态刚度是影响其性能的主要问题。
本文介绍了电主轴的工作原理及关键技术。
然后，确定了合理的电主轴总体结构，分别对电主轴的电机、编码器、转子、定子和冷却系统等各零部件作了设计，产生了装配图、零件图与设计说明书等设计文档。
最后，对电主轴的旋转轴和轴承进行了详细的分析和校核，计算表明，该电主轴设计符合要求。
关键词：加工中心；电主轴；主轴；轴承AbstractHigh-speed machining can significantly improve productivity and reduce production costs, is a very promising advanced manufacturing technology. The first condition to achieve high-speed processing of high quality high-speed machine tools, and high-speed electric spindle speed CNC machining center technology and key components. Electric spindle system static and dynamic stiffness is one of the main challenges affecting performance. This article describes the working principle of the spindle and key technologies. Then, determine a reasonable overall structure of the spindle, respectively, spindle motor, encoder, rotor, stator and cooling systems and other components were designed, produced assembly drawings, part drawings and design specifications and other design documents. Finally, the rotation of the spindle shaft and bearings for a detailed analysis and verification, calculations show that the design meets the requirements of the spindle.Key Words:Machining center；electrical spindle；spindle；bearingII目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1选题的目的和意义 (1)1.2国内外的研究现状和发展趋势 (2)1.2.1国内外电主轴技术的研究现状与发展趋势 (2)1.2.2数控车床电主轴的国内外的发展趋势 (3)1.3本课题主要研究内容 (4)第2章加工中心电主轴的介绍 (5)2.1电主轴的工作原理 .................................................................... 错误！未定义书签。
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。
电主轴的设计
学士学位论文系别：机电工程系学科专业：机械设计制造及其自动化名：运城学院2009年5月电主轴支承型式与润滑方式的设计系别：机电工程系学科专业：机械设计制造及其自动化*名：***指导教师：***运城学院2009年5月电主轴支承型式与润滑方式的设计设计总说明高速电主轴作为高速机床的核心功能部件，其性能好坏直接影响着机床的高速加工性能。
电主轴轴承的选择和配置以及相应的润滑，是保证电主轴性能的关键，具有重要的研究价值和意义。
本文在充分考虑了电主轴转速高、动平衡精度高、内装主轴电机及过盈连接等因素的基础上，介绍了高速电主轴轴承的主要润滑方式：喷油润滑油雾润滑脂润滑油气润滑等，并着重说明了油气润滑系统的原理及设计过程；介绍了电主轴轴承的主要典型类型：磁悬浮轴承动静压轴承陶瓷轴承等，系统分析了角接触陶瓷球轴承的性能优点及其配置形式；最后通过弹性力学和动力学理论推导得出了高速电主轴轴承内圈与转轴配合过盈量的计算公式。
本文对高速电主轴支承型式及润滑方式的研究可作为优化电主轴结构，改善机床高速加工性能的依据，有利于高速电主轴系统的整体设计及制造。
油气润滑，在学术界被称为“气液两相流体冷却润滑技术”，是一种新型的润滑技术，它与传统的单相流体润滑技术相比具有无可比拟的优越性。
它成功地解决了干油润滑和油雾润滑所无法克服的难题。
它适应了机械工业设备的最新发展的需要，尤其适用于高温、重载、高速、极低速以及有冷却水和脏物侵入润滑点的工况条件恶劣的场合。
由于它能解决传统的单相流体润滑技术无法解决的难题，并有非常明显的使用效果，大大延长了摩擦副的使用寿命，改善了现场的环境，因此正在得到越来越广泛的应用。
油气润滑系统主要由主站、两级油气分配器、PLC电气控制装置、中间连接管道和管道附件等组成。
主站是润滑油供给和分配，压缩空气处理、油气混合和油气流输出以及PLC 电气控制的总成。
根据受润滑设备的需油量和事先设定的工作程序接通气动泵。
压缩空气经过压缩空气处理装置进行处理。
电主轴设计的一些要点
电主轴设计的一些要点电主轴是工业生产中常见的一种装置，用于驱动工具进行旋转，广泛应用于机床、数控机床、木工机械、切割、打磨和加工中心等领域。
电主轴设计要考虑多个方面的因素，下面将详细介绍一些电主轴设计的要点。
首先，设计电主轴时需要根据具体工艺要求确定最大转速。
最大转速决定了工具的加工速度和加工质量。
根据工具直径和材料性质，可以计算出所需的最大转速。
其次，电主轴设计要考虑工作时产生的热量。
电主轴在高速运转过程中会产生大量的热量，如果不能有效散热，会导致电主轴温度升高，进而影响工具的使用寿命和样品质量。
因此，设计中应考虑适当的散热装置，如风扇和散热器，以保持电主轴的温度在合理范围内。
第三，电主轴的振动问题需要被重视。
高速运转时产生的振动会影响加工质量和工具的寿命。
为了减小振动，可以采用精确平衡和减震装置来提高电主轴的稳定性。
此外，可以采用颈缩小、减小惯性和增加刚度等措施来减小振动。
第四，选择合适的电机和轴承也是电主轴设计中的重要要点。
电机的功率和转矩必须满足工件需要的加工力矩，并能够提供所需的最大转速。
轴承的选择要考虑到负荷、转速和寿命等因素，以确保电主轴的正常运行。
第五，电主轴的刚性也是设计中需要考虑的重要因素。
刚性直接影响加工精度和稳定性。
为了提高刚性，应使用高强度材料，增加结构的强度和刚性，并采用适当的支撑结构。
第六，安全性是电主轴设计的重要考虑因素之一、应根据安全标准和规范设计相关保护装置，如限位开关、紧急停机按钮和防护罩等。
第七，电主轴的维护和保养也需要考虑在设计中。
电主轴使用一段时间后需要定期维护和保养，以延长使用寿命和保证性能稳定性。
设计时应考虑易维修和拆卸的结构，以便更好地进行维修和保养。
此外，电主轴还需要考虑重量、大小、制造成本等因素。
设计时应根据具体的应用场景和要求进行综合考虑。
综上所述，电主轴设计需要考虑转速、散热、振动、电机和轴承、刚性、安全性、维护和保养等方面的因素。
只有综合考虑这些要点，才能设计出性能优良、稳定可靠、安全高效的电主轴。
电主轴详细参数及安装
电主轴参数详解1、主轴产品名称由组成为:安装尺寸-类别代号-主参数-设计序列号安装尺寸：指主轴与机床或主机的配合尺寸，一般指外径。
类别代号反映产品的用途和特点，由2～4位英文字母组成，从前往后分别代表主轴驱动方式、应用领域、外形代号等含义。
2、应用方式说明：E——内装电机驱动主轴，即电主轴M——皮带或连轴器驱动主轴，即机械主轴3、应用领域说明C——车床用主轴X——铣床用主轴Z——钻床用主轴N——拉辗用主轴M——磨床用主轴S——试验机用驱动主轴L——离心机用主轴T——特殊用图主轴4、外形代号说明F——外形带法兰的主轴H——电机后置式主轴Y——其它异形主轴5、主参数说明主参数段由数字和一小写英文字母组成，总位数为3～4位，表示电主轴额定转速和润滑方式，转速以kr/min表示；字母有g、m、a等，分别代表油脂、油雾、油气等润滑方式。
6、设计序列号说明主轴代号最后一段为设计序号（可以没有），设计序号有1个英文字母或字母+数字组成，以A、B、C…（后述特殊字母除外）顺序英文字母表示。
举例说明：180MCF05g-A安装尺寸——φ180 MCF——车削机械主轴，带法兰结构最高转速——5000 r/min 润滑——油脂A——批量衍生产品电主轴刀具的常见问题1、刀具无法夹紧（1）碟形弹簧位移量太小，使主轴抓刀、夹紧装置无法到达正确位置，刀具无法夹紧。
通过调整碟形弹簧行程长度加以排除。
（2）弹簧夹头损坏，使主轴夹紧装置无法夹紧刀具。
通过更换新弹簧夹头加以排除（3）碟形弹簧失效，使主轴抓刀、夹紧装置无法运动到达正确位置，刀具无法夹紧。
通过更换新碟形弹簧加以排除。
（4）刀柄上拉钉过长，顶撞到主轴抓刀、夹紧装置，使其无法运动到达正确位置，刀具无法夹紧。
通过调整或更换拉钉，并正确安装加以排除。
2、刀具夹紧后不能松开（1）松刀液压缸压力和行程不够。
通过调整液压力和行程开关位置加以排除。
（2）碟形弹簧压合过紧，使主轴夹紧装置无法完全运动到达正确位置，刀具无法松开。
电主轴技术讲座第六讲电主轴的选用
60/ 73 HSK - A63 18 000 67. 5/ 90 HSK - A63 18 000
60/ 77 HSK - A63 20 000 160/ 191 ISO - B40 14 000 160/ 191 HSK - A63 18 000
FP150 22 000 19 000 14 000 FL170 25 000 22 000 16 000 170 FM170 20 000 18 000 12 000 FP170 12 000 10 000 8 000
A 0. 3/ 92 000 0. 33/ 80 000 1. 6/ 80 000
最高转 速时输 出功率
/ kW
最高转 速时输 出转矩 / N·m
轴向静
态刚度/ ( N/μm)
MFW - HSK 170 591. 5 9 000 20 21. 2 13 500 20
1709/ 24 E63 MFW - HSK
230 693 5 000 32 61. 1 14 500 34 2305/ 24 A - E63 MFW - HSK
10/ 25 000 12/ 22 000 13. 5/ 25 000
— —
冷却 量/ (L/ mm)
— — 0. 5 0. 5/ 1 1 1 1. 5
1. 5/ 2
2. 5/ 3 3/ 3. 5
3. 5/ 4
3/ 3. 5
4/ 5 4/ 5 5/ 6 6/ 7
6/ 7
ISO
锥度类型 HS K
GA MFI
(4) 注意正确选择轴承类型与润滑方式 。在满足 需求条件下 ,应尽量选用陶瓷球混合轴承与永久性油 润滑的组合 ,这样可省去润滑部件并简化维护 。
电主轴
摘要：本文介绍高速精密实验磨床直线电机带动电主轴进行磨削加工时，伺服刚度的调节方法，分析了电主轴一砂轮接杆系统高速旋转时引起振动的原因，提出了改进的方法，取得了很好的效果。
关键词：电主轴；砂轮接杆；振动；磨削为了提高砂轮的线速度，实现高速精密磨削加工，对砂轮驱动和轴承转速要求很高。
电主轴单元采用内装式电动机直接驱动主轴。
电主轴单元具有刚性好、旋转精度高、温升小、稳定性好、功耗低和寿命长等优点，在高速精密磨床上具有广泛的应用前景。
电主轴的转速一般在10 000r/min以上，有的甚至高达60 000-100 000r/min，所以砂轮一主轴系统即便有很小的不平衡量，也会产生非常大的离心力，造成机床剧烈振动，影响加工精度和表面质量，甚至损坏砂轮及主轴。
因此对砂轮一主轴系统动态特性及动平衡技术的研究越来越受到重视。
一、振动测试系统I．主轴横向进给伺服刚度的调节本磨削系统的高速电主轴是安装在直线电机的转子之上的，通过PMAC（可编程多轴控制器）控制直线电机带动电主轴实现高频往复运动，从而实现非圆截面的精密加工。
直线电机初、次级之间的间隙一般比旋转电机的气隙大2~3倍，且并非一个封闭的整体，其间存在很大的吸引力，这对直线电机控制系统要求很高。
若直线电机在高速高频进给时没有很高的伺服刚度，则在带动电主轴一砂轮系统进给磨削时将产生很大的矢动量，且不能抑制电主轴高速运转引起的振动。
本实验磨床的直线电机通过PMAC的伺服控制环调整PID参数，使直线电机达到伺服刚度高、稳定性好、跟随误差小，对电主轴自身引起的振动有很好的抑制作用，可避免由于振动引起的定位误差，进而带动电主轴实现非圆截面零件的高速精密磨削加工。
2. Coinv Dasp 2003振动信号采集仪Coinv Dasp2003是东方振动与噪声技术研究所开发的数据采集和信号处理软件。
其含有多模块数据采样模式，并实现不间断海量采集数据和在采样过程中不间断地显示时域波形或频谱的功能。
加工中心电主轴——【电主轴的设计与选型】
加工中心电主轴
目录
1 电主轴的冷却 2 电主轴的除尘 3 换刀系统
自动换刀的意义：快速自动换刀技术是以减少辅助加工 时间为主要目的，综合考虑机床的各方面因素，在尽可 能短的时间内完成刀具交换的技术方法。该技术包括刀 库的设置、换刀方式、换刀执行机构和适应高速机床的 结构特点等。
电主轴的冷却
冷却前轴承
进水口
电主轴的冷却
出水口
螺旋水道
冷却壳体
电主轴的冷却
出水口
螺旋水道
进水口
电主轴的除尘
进气口
气吹除尘
电主轴的除尘
迷宫 密封
迷宫吹气 通气压为 0.1MPa的 气体，对 前端盖进 行迷宫密 封
进油口 进气口
换刀 3MPa的液 压油
换刀系统
中心吹气口通气压为0.5MPa的气体，吹出换刀 口处的杂质铁屑，防止铁屑磨伤换刀的锥面
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• 电主轴的主要参数有：(1)主轴最高转速和恒功率转速范围：(2)主轴 的额定功率和最大扭矩：(3)主轴前轴颈直径和前后轴承的跨距等。 其中主轴最高转速、前轴颈直径和额定功率是基本参数。电主轴通 常装备在高速加工中心上，在设计电主轴时要根据用户的工艺要求，
采用典型零件统计分析的方法来确定这些参
数。
• 本文主要介绍了电主轴的工作原理、轴的设计、轴承技术以及关键技 术等。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。它主要应用在复合加工机床、多轴联动、多面体加 工机床和并联机床中。
• 电主轴是最近几年在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，在中高档数控机床中应用广泛。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。
• 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，理论上可以把电主轴看作一台高速电 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
• 自动换刀装置：为了应用于加工中心，电主轴配备了自动换 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： 要实现电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电主轴的内置高速电动机， 变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹
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电主轴散热，通常对电主轴 的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，电主轴 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。
刚度和旋转精度的效果就越好；但是另一方面，预加载荷越大，温升就
越高，可能造成烧伤，从而降低使用寿命，甚至不能正常工作。所以，
针对不同转速和负载的电主轴来选择轴承最佳的预加载荷值，就成为电 主轴制造厂家太高和变速范围比较小的电主轴，一般采用刚性预加载荷， 即利用内外隔圈或轴承内外环的宽度尺寸差来施加预加载荷。这种 方式虽然简单，但当轴系零件发热而使长度尺寸变化时，预加载荷 大小也会相应发生变化。
• 当转速较高和变速范围较大时，为了使预加载荷的大小少受温度或 速度的影响，应采用弹性预加载荷装置，即用适当的弹簧来预加载
荷。
角接触球轴承配置特点
各种润滑方式的比较
• 常用轴向定位方法有：轴肩、套筒、圆螺母、挡圈、圆锥形轴头等 • 常用的周向定位方法有：键、花键、弹性环、销、过盈等联结，通
称轴毂联结
• 角接触球轴承一般必须在轴向有预加载荷条件下才能正常工作。预加载 荷不仅可消除轴承的轴向游隙，还可以提高轴承刚度、主轴的旋转精度，
抑制振动和钢球自转时的打滑现象等。一般说来，预加载荷越大，提高
• 在电主轴的设计中有几个要特别注意的，如电机的放置形式、轴承 的选用、润滑系统、冷却系统、动平衡等。它们是决定电主轴是否 能实现高速旋转的关键因素。
• 高速轴承技术：电主轴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。