高速电主轴原理与结构设计
高档数控机床高速精密电主 轴关键技术及应用 公告
高档数控机床高速精密电主轴关键技术及应用公告全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：高档数控机床高速精密电主轴关键技术及应用随着科技的不断发展，数控机床作为制造业的重要装备之一，正逐渐成为制造业的主力军。
而高档数控机床的核心部件之一——高速精密电主轴，更是决定了整个机床性能和加工质量的关键部件。
本文将重点介绍高档数控机床高速精密电主轴的关键技术及应用。
一、高速精密电主轴的定义和特点高速精密电主轴是数控机床上用于驱动刀具旋转的核心部件，它直接影响了机床的加工精度、效率和稳定性。
一般来说，高速精密电主轴具有以下几个特点：1. 高速转速：高速精密电主轴的工作转速通常在10000rpm以上，甚至可以达到50000rpm以上。
高转速可以提高加工效率，缩短加工周期。
2. 高精度：高速精密电主轴需要具有极高的旋转精度和稳定性，以保证加工的精度和表面质量。
4. 高功率密度：高速精密电主轴需要具有高功率密度，以满足大功率输出的要求，同时尽可能减小轴体体积和重量。
1. 轴承技术：高速精密电主轴的轴承是其最关键的部件之一，直接影响轴的精度、稳定性和寿命。
目前主要采用陶瓷球轴承、陶瓷滚珠轴承和气体轴承等高速轴承技术。
2. 动平衡技术：高速精密电主轴在旋转时会产生不小的离心力，需要采用动平衡技术来消除不平衡导致的振动和噪音。
3. 冷却技术：高速精密电主轴在高速运转时会产生大量热量，需要采用有效的冷却技术来保持轴的温度稳定，避免发热过高导致零部件热变形。
4. 控制技术：高速精密电主轴需要配备精密的控制系统，以实现精准的转速控制、负载检测和自适应控制等功能。
5. 结构设计：高速精密电主轴的结构设计需要考虑到刚性和轻量化的平衡，同时保证轴体的稳定性和可靠性。
高速精密电主轴广泛应用于汽车、航空航天、铁路、军工等领域，主要用于高精度、高效率的加工。
具体应用包括精密零件加工、高速铣削、高速车削、高速钻孔等领域。
目前国内外一些知名数控机床制造商，如哈斯、西铁城、FANUC 等，都大量采用了高速精密电主轴技术，使其生产的数控机床具有更高的加工精度和效率，受到了市场的广泛认可。
高速电主轴及其结构
高速电主轴及其结构报告姓名：周李念学号：20122449班级：机自实验04班重庆大学机械工程学院高速电主轴及其结构周李念（重庆大学机械工程学院机自实验04班）摘要：高速加工能显著地提高生产率、降低生产成本和提高产品加工质量，是制造业发展的重要趋势，也是一项非常有前景的先进制造技术。
实现高速加工的首要条件是高质量的高速机床，而高速机床的核心部件是高速电主轴单元，它实现了机床的“零传动”，简化了结构，提高了机床的动态响应速度，是一种新型的机械结构形式，其性能好坏在很大程度上决定了整台机床的加工精度和生产效率。
关键词：高速加工；电主轴；结构设计1 高速电主轴概述高速电主轴最早是用于磨削机床加工，逐步发展到加工中心电主轴及其他各行业机床主轴.典型的磨削电主轴的结构如图1 所示，传统的主轴一般是通过传动带、齿轮来进行传动驱动，而电主轴的驱动是将异步电机直接装入主轴内部，通过驱动电源直接驱动主轴进行工作，以实现机床主轴系统的零传动，形成“直接传动主轴”.从而减少中间皮带或者齿轮机械传动等环节，实现了机械与电机一体的主轴单元.电主轴不但减少了中间环节存在的打滑、振动和噪音的因素，也加速了主轴在高速领域的快速发展，成为满足高速切削，实现高速加工的最佳方案，其高转速、高精度、高刚性、低噪音、低温升、结构紧凑、易于平衡、安装方便、传动效率高等优点，使它在超高速切削机床上得到广泛的应用［1］..1 转轴；2 前轴承组；3 定子部件；4 转子部件；5 后轴承组；6 进-出水孔；7 进油孔；8 接线座；9 出油孔图1 电主轴结构简图高速电主轴的优点：高速电主轴取消了由电机驱动主轴旋转工作的中间变速和传动装置（如齿轮、皮带、联轴节等），因此高速电主轴具有如下优点：（1）主轴由内装式电机直接驱动，省去了中间传动环节，机械结构简单、紧凑，噪声低，主轴振动小，回转精度高，快速响应性好，机械效率高；（2）电主轴系统减少了高精密齿轮等关键零件，消除了齿轮传动误差，运行时更加平稳；（3）采用交流变频调速和矢量控制技术，输出功率大，调速范围宽，功率—扭矩特性好，可在额定转速范围实现无级调速，以适应各种负载和工况变化的需要；（4）可实现精确的主轴定位，并实现很高的速度、加速度及定角度快速准停，动态精度和稳定性好，可满足高速切削和精密加工的需要；（5）大幅度缩短了加工时间，只有原来的约 1/4；（6）加工表面质量高，无需再进行打磨等表面处理工序；2 高速电主轴的结构［2］高速电主轴要求具备很高的工作性能，因此对其结构的设计、材质、加工工艺和检验等方面都有非常严格的要求.电主轴设计时，需要确定主轴的总体性能参数、主轴的实际结构（根据轴承形式、配置、驱动方法、润滑、等参数来确定）、主轴轴承的选型确认、轴承的寿命、主轴的刚度、危险速度、轴承游隙（预紧力）、主轴的尺寸（轴径、长度、轴承支距等）和主轴实际安装条件的要求等等因素.2.1 电主轴的转轴及要求转轴是高速电主轴的主要零件之一，转轴的材料一般是经过轧制或锻造经切削加工的碳素钢或合金钢.它用来安装各种传动零件，使之绕其轴线转动，传递转矩或回转运动，并通过轴承与主轴机架或机座相联接.转轴带动工件或刀具旋转，完成表面成型运动，承受切削和驱动等载荷的作用.因此，对轴有很高的技术要求，应满足下列几方面的要求：(1) 节约材料，减轻重量，在特殊情况下选用合适的具有耐腐蚀性和耐高温性的材料；(2) 在结构上要受力合理、尽量避免或减少应力集中现象；(3) 提高足够的强度（静强度和疲劳强度）和刚度的结构措施；(4) 转轴在高速时的振动稳定性及良好的加工工艺性，保证精度要求；(5) 易于各个零件在轴上精确定位、稳固、装配、装拆和调整方便.1 转轴；2 前轴承组件；3 平衡环；4 转子部件；5 后轴承组件图2 转轴结构简图.在一般情况下，转轴结构为阶梯形，将内装的电机转子部件与转轴联接在一起形成整体部件，如图2 所示.该转轴部件最大的优点是前后轴承组件、电机转子部件、平衡环均采用先进的感应加热下套工艺方法进行组装，无键槽的设计工艺方法，不但增加了转轴的刚度，同时，通过平衡环调整转轴整体动平衡量，最大限度地降低了转轴在旋转时由于偏心造成的振动和偏差.2.2 电主轴的电动机技术电主轴将机床主轴与电机合二为一，形成内装式主轴驱动系统，是机床的核心关键部件之一，它不但要实现高速、高精度、高刚度等要求，还必须要实现连续工作时输出的较大转矩力和承受较宽领域的恒功率运转范围.尤其是在转速要求较高且加减速操作频繁的领域，如加工中心、铣镗床、磨床、钻床等领域..内装式主轴电机结构紧凑，简化了机床的构造.因为转子安装在主轴上，降低了转轴在旋转时由于偏心造成的振动和偏差，而且获得较短的起动时间和制动时间，恒功率调速范围宽、噪声小、维修简单.但是，电机也是一个很大的发热源，要控制电机的温度，安装时最好选用有水冷的水套结构最佳.2.3 电主轴的轴承技术轴承是高速电主轴的重要组成部分，它的类型、配置、精度对电主轴的工作性能、旋转精度有着很大的影响.电主轴一般采用角接触球轴承，主轴在高速旋转时，离心力引起的内圈膨胀、球旋转时离心力会引起内部负荷以及内外圈的温度差等均会使轴承内部的球和内外圈滚道之间的接触应力增大.而且，采用角接触球轴承这样有着接触角的轴承，在旋转中伴随着自转滑动和旋转时的滑动等各种形式的滑动而产生滚动接触，这些滑动随着转速增加而加大，因此接触部分的发热也会变大，特别是采用油脂润滑的轴承，由于润滑油的粘度下降，有时候甚至会出现缺少润滑油膜而烧伤的情况.高速电主轴轴承的选用要根据切削负荷大小、形式和转速的要求，优先选用陶瓷触球轴承.与钢球轴承相比，陶瓷球轴承优点有：（1）钢与陶瓷组成的陶瓷球轴承摩擦性能特好，能降低材料与润滑剂的应力；（2）因密度较低，可降低运转时的离心力；（3）较低的热膨胀系数能有效的降低轴承预压负荷的变化；（4）较高的弹性模数，使轴承的刚性更高.陶瓷球轴承在高速及重载的条件下，可获得高刚度、低温升和长寿命的效果，可以提高主轴的整体精度.2.4. 冷却技术高速电主轴旋转过程中产生的发热和温升问题是高速电主轴研究的一个重点。
分析高速机床电主轴的热管冷却
分析高速机床电主轴的热管冷却摘要高速机床相对于传统的加工机床来说具更高的加工速度以及较优秀的零件精度及切削表面质量，为现代化的机械加工业提供更优质的服务。
但是由于高速机床在工作的过程中，是由电主轴的高速旋转来完成工作的，在这一进程中产生了大量的热量，温度的升高使得机械产生热膨胀，从而使得零件的制造精度降低，误差较大，因此采取有效的降温措施是保证高速机床正常工作的必然选择。
本文中主要针对高速机床电主轴的热管冷却进行了详细的分析及探讨。
关键词：高速机床；电主轴；热管冷却高速机床在使用的过程当中，处于高速旋转状态下的电主轴的各个零件都会表现为或强或热的发热现象，如果不采取及时且有效的冷却措施，就会使得电主轴与机床中的其它结构的相对位置等参数相较于正常运转状态存在较大的误差，特别是电主轴发生较强的热膨胀时，会严重的影响着零件的加工误差，此外，由于温度得不到很好的控制，也会使得电主轴过热而发生局部的应用变化等，等而减少高速电主轴的使用寿命，增加了生产成本，因此应采用合理的冷却系统，提高电主轴的冷却水平，从而更有利于稳定机械加工质量，保护高速机床设备。
1.创新高速电主轴冷却系统的必要性分析在当今我国使用的高速机床中，在进行高速主轴冷却工作时，大多数是采用在主轴壳体内添加冷却油的形式来实现的，这些冷却油在主轴的工作过程中得到不断的循环，从而将热量带下次，达到主轴冷却的最终目的。
在具体的工作中，这些冷却油在油温控制器的控制下，经前端盖处的入水口，流入到前端轴承外围，并完成对前端轴承的冷却工作，随后再流向主轴的定子及后轴承，完成相应的冷却任务后，再流回主轴油温控制品，这一流程的结束即完成了一次冷却循环。
高带电主轴在工作中之所以会发出热量，究其原因主要是其存以以下的发热源，首先位于机床主轴结构中的主轴电动机高速旋转而发出的热量，是其内部结构的主要热量来源；其次，由于电动机在主轴壳体内的高速转动使得壳体内的空气发热，同时再通过主轴壳体等散发了出去，这使得主轴的温度有所升高，甚至于其使用寿命也会有所缩短，零件的加工精度也得不到有效保证；最后，在转动过程中，主轴轴承摩擦所产生的热能也是热源之一。
电主轴结构
电主轴结构
电主轴结构是电机的核心部分，是电机运行及传动性能的重要组成部分。
电主轴结构包括两个基本部分：一是内部的内芯，二是外部的壳体。
内芯通常由钢材制成，它是电机中电磁感应特性强的核心部件，其中包含有特殊的绕组，能够将电能转换成机械能。
外壳就是容纳内芯的外壳，外壳包括机壳、绝缘层和触发器。
内芯穿出机壳外，两侧支撑独立绝缘层，上面支撑启动器装置，它们可以控制启动和停止电机，从而控制电机的传动性能。
内芯由轴中央的绕线片、轴芯、启动片、空载转子构成。
绕线片是核心组成部件，它将电能转换成机械能。
轴芯的作用是连接绕线片和轴承，启动片的作用是控制电机的启动和停止，从而控制电机的传动性能。
空载转子的作用是调节电流，确保电机的平衡运行。
在电机的外壳中，还安装有波纹管、电缆、接线端子等部件，电缆是将电机连接电源的桥梁，波纹管能够对电机进行润滑，接线端子用来接收导线，方便对电机进行驱动控制。
总之，电主轴结构是电机运动特性及传动性能的核心部分，考虑到电机的使用要求，电机的支承、散热、润滑、控制等多方面的要求，电主轴的设计既要考虑质量和效率，也要考虑精度和可靠性。
浅析电主轴的设计制造
２ 电主 轴 的主 要优 点
电主轴传动方 式有以下优点 ： （ ） 械结构最 为简 单 ， 动惯量 小 ， １机 转 因而快 速 响应
性好， 能实现极高 的速度 、 （ ） 加Байду номын сангаас减 速度和定角度 的快速准
停（ Ｃ轴 控 制 ） 。
（） ２ 采用交流变频 调速 和矢量控制 的电气驱 动技术 ， 输出功 率大 ， 调速 范 围宽 。有 比较 理 想 的扭 矩— —功 率 特性 ， 一次 装夹既可实现粗加 工又可进行 高速精加工 。 （） ３ 由于 电主轴 实现 了 “ 零传 动 ” 所 以主轴 箱 就可 ，
加 工方 式成为可能 。
以及解决这些 问题 的方 法。
关键词 ： 电主轴 ； 设计 ； 组装
（） ４ 由于没有 中间传动环 节的外力作用 ， 主轴高 速运 行没有 中间传 动冲击 而 更为平 衡 ， 得 主轴 轴承 寿命 相 使 应得到延长 ， 工零件 精度 更高 。 加 （） ５ 实现 了主轴部件 的单元化 ， 可独立做 成标 准化 的
１ 概 述
随着 电气传 动技 术 、 高速轴承技 术 、 冷却技 术 以及润
滑等相关技术 的迅速 发展 和 日趋 完善 ， 内装 式 电主轴 的 功能部件 ， 由专 业厂 进行 系 列化 生产 。机 床 主机厂 只 并
出现使高速数控机床 主传动的机 械结构 已得 到极大 的简 需根据 用户的不 同要求进 行选 用 ， 可很方 便 地组 成 各种
化 。所谓 内装式 电 主轴 是将 主轴 电机 的定 子 、 转子 直接 性 能的高速机 床 ， 符合现代机床设计模块化 的发 展方向。
装进主轴 组件 的内部 ， 不需使用 皮带和齿轮 传动 副 ， 从而 ３ 数 控 车床 电主轴 的典型 结构
1.电主轴
电主轴概述迅速发展和日趋完善，高速数控机床主传动系统的机械结构已得到极大的简化，基本上取消了带轮传动和齿轮传动。
机床主轴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”。
这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”(ElectricSpindle,Motor Spindle)。
由于当前电主轴主要采用的是交流高频电动机，故也称为“高频主轴”（High FrequencySpindle)。
由于没有中间传动环节，有时又称它为“直接传动主轴”（Direct Drive Spindle)。
电主轴的优点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。
电主轴轴承采用高速轴承技术，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍。
产品特性高转速、高精度、低噪音、内圈带锁口的结构更适合喷雾润滑。
主要用途数控机床●机电设备微型电机●压力转子电主轴所融合的技术高速轴承技术电主轴通常采用动静压轴承、复合陶瓷轴承或电磁悬浮轴承。
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、延长刀具寿命、降低加工成本，这种轴承寿命多半无限长。
复合陶瓷轴承目前在电主轴单元中应用较多，这种轴承滚动体使用热压Si3N4陶瓷球，轴承套圈仍为钢圈，标准化程度高，对机床结构改动小，易于维护。
电磁悬浮轴承高速性能好，精度高，容易实现诊断和在线监控，但是由于电磁测控系统复杂，这种轴承价格十分昂贵，而且长期居高不下，至今没有得到广泛应用。
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。
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。
大功率高速电主轴电动机冷却系统的设计
大 功 率 高速 电主 轴 电动 机 冷却 系 统 的设 计
应 一 帜
（ 台州职 业技术 学院 ， 浙江 台州 ３ ８ ０ ） １ ０ ０
摘
要 ： 过对 电主轴发 热特性 的分析 ， 通 设计 了油水热 交换 系统 ， 对 电主轴 内部结 构 进行 了改 进 。最后 运 并 用有 限元技 术对高速 空运 转条件 下的 电主轴进 行热态分 析 ， 析结 果表 明散热效 果明显 。 分
结构 设计 热交换 有 限元
关键 词 ： 电主 轴
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｏ ｉｇ Ｓ ｓ ｅ ｆ ｒ ｈ ｇ ｐ ｅ ｔ ｒ ｅ ｉｄｅ Ｍａ ｎ Ｍｏ ｏ ｓｇ ｆＣｏ ｌ ｙ ｔ ｍ ｏ ｅ Ｈｉｈ Ｓ ｅ ｄ Ｍｏｏ ｉ ｄ Ｓｐｎ ｌ ｉ ｔ ｒ ｎ ｔ ｚ
ＹＩ ＮＧ ｚ ｉ Ｙｉｈ
（ ａ ｈ ｕＶ ｃｔ ｎ ｌ ｅｈ ｏ ｇ ｏｌ ｅ Ｔ ｉ ｏ ０ ０ Ｃ Ｎ） Ｔ ｉ ｏ ｏ ａｏ ａ Ｔ ｃ ｎｌ ｙＣ ｌ ｇ ， ａ ｈｕ３ ０ ， Ｈ ｚ ｉ ｏ ｅ ｚ １ ８
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｂｙ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｅ Ｂｕｉ －ｆ ｖ ｒｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓ ｏ ｔ ｒｚ ｄ Ｓ ｉ ｄ ｅ，ｔ ｅ ｄｅ ｉｎ ｏ ｈ ｉ—ｗａｅ ｅ ｔｅ － ｔａ ｔ ｎ ｌｚｎ ｈ ｌ ｅ ｅ ｈ ｒ ｃ ｅｉｔｃ ｆｍｏｏ ｉｅ ｐ ｎ ｌ ｔ ｈ ｓｇ ｆｔ ｅ ｏ ｌ ｔ ｒｈ ａ ｘ
电主轴 的冷却 与润滑是 电主 轴设计 制造 中最 关键
的一部 分 。电主轴 的冷 却 与润 滑 方式 的选择 、 却 能 冷 力的计算 、 润滑 油量 的控 制等 均将影 响 电主轴的转 速 、 精度 、 寿命等 。电主 轴运 转 中的发 热 问题 始 终是 人 们 关 注 的焦 点 。电主轴 的 内部 有 两个 主 要 热源 ， 是 内 一 藏式 电动机 ， 一个是 主轴轴 承。 另
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内 电动机 的发热和 主轴轴承 的发热是 电主轴 有两个主要 的内部热 源 , 如 果不加 以 控制 , 由此引起 的热 变形会严重降低机床 的 加工精度和轴承使用寿命 , 从 而导致 电主轴 的使用寿命缩短 。
电主轴 由于采用 内藏式主轴结构形 式 , 位于 主轴 单 元体 中 的 电机 不 能采 用风 扇散 热 ,因此 自然散热条件较差 。电机在实现能 转换过程 中 ,内部产生功率损耗 ,从而使 电机 发热 。对 电机产生发热 的主要解决 方法是对 电机定子采用冷却液 的循环流动来 实行强制 冷却 。加工 中心 电主轴典型的冷却系统是用 外循环水式冷却装置来冷却 电机定子 , 将 电 机 的热量带走 。
主轴附件设计
电主轴要获得好的性能和使用寿命 ,其 附
件不仅要能够实现 电主轴 的功能 , 而且适应
长时间和高速度的运行要求 。对加工中心 ,电
主轴 为 了完成
刀具 自动交换 的动作过
程和刚性攻丝过程 ,必须 内 主轴编码器 为 了高速切削刀具进行冷却 , 选择使用带有陶 瓷密封的旋转接头 ,为刀具提供 内冷冷却液 电主轴还配备 了 自动松夹 刀具 装 、主轴 气 密封 、松夹刀信号检测开关等 。
夹刀装置等技术特点 。
【关键词 】电主轴 结构 抽承 冷却
主轴的冷却及轴承的润滑 冷却
附件 应用
电主轴的基本结构和工作原理 电主轴 的工作 不仅 转速 高 , 而且要求有 很高的角加减速度和在指定位置快速准停 , 这就对其结构设计 、制造和控制提 出了非常 严格 的要求并带来 了一系列技术难题 , 如 电 主轴 的散热 、润滑及精 密控制等 。在设计 中 , 必须妥善的解决这些问题 , 才能确保主轴稳 定可靠的高速运转 ,实现高效精密加工 。
内 编码器
加 工 中心为 了完 成
和刚性攻丝动
作过程准停位 和角度检测 , 必须设工主轴
位置编码器 。主轴编码器 由齿轮分度盘和传
感器组成 。齿轮环一周有 个齿的齿轮分
度盘 ,并且上面还有一个琴点标记 ,磁 光 感
应传感器感应齿轮分度盘 ,通过检测 、统计信
号 的通断数 来计 算旋 转角度 , 反馈到数控
为
,要达到 电主轴如 此高的精度 ,前后
支承都采用成组角接触球轴承 ,承 受轴 向和径
向负荷 ,前面一对 ,后面一对 。轴承一般是厂家
配好的或者是 自由组合轴承 , 在 维修装配时 , 要检查轴承 内外 圈衬套尺 寸 ,经过 测量 ,轴承 内圈的宽度加 上 内圈衬套长度要大于轴承 外
圈的宽度加 上 外 圈衬 套 长度 。轴承 内圈预加 载
刀具锥柄和 主轴 内锥 孔和前端面 紧密接触 , 刀具夹 紧 。一般加 工 中心 的换 刀时间只有两 秒 ,所 以这套 装里 非常灵活 ,能够 实现快速 刀 具 的松 夹 。
结束语 电主轴作 为高速 数控 机床 最 关键 部 件 , 其性 能好坏在 很大程度上决定 了整 台高速机
床 的加 工 精 度 和 生 产 效 率 , 因 此 为 了加 快 我
系统 , 实现准确 的相位控制 以及与进给 的配
合转动 。
刀具 自动松夹装 自动松夹装里包括刀具夹爪 、碟形资 、松 夹刀油缸等 。松 刀时 ,电主轴后面配皿 了一个 松 刀油缸 ,油 缸 的后腔充入液压 油 ,使活塞 向 前推进 , 从而把刀具拉杆克服蝶形弹赞的涨 紧力 向前伸出 ,拉杆 向前移动 ,刀具 弹性夹爪 收缩 , 刀具 即可轻松拔 出进行 新 旧刀具 的交 换 新 刀装入 后 ,液压 缸 活塞 后移 ,蝶 形 弹 簧 涨 紧力把拉杆 向后移 动 ,夹爪把刀具 涨 紧 ,把
油气润滑技术是利用压缩空气将徽
质 矽 钢 片 迭 压 而 成 。迭压 成 型 的定 子 内腔 带 量 的润 滑油 分 别连 续 不 断地 、精 确 地 供 给 每
有 冲制 嵌 线 槽 。转子 是 中频 电机 的旋 转部 分 , 一 套 主 轴 轴 承 ,微 小 油 滴 在 滚 动 和 内 、外 滚 道 它 的功 能是 将 定 子 的 电磁 场 能 转换 成机 械 间形成弹性动压油膜 , 而压 缩 空气则可 带走 能 。转子 由转子 铁 芯 、鼠笼 、转轴 三部 分组 成 。 轴承 运 转所 产 生 的部 分热 量 。
由于 电主轴 的 电机 转子 直 接和 主轴 联
结 ,增加 了主轴 的转动惯 量 ,使主轴 的极 限转
速下 降 , 因 此超 高速 电主轴 的动平 衡 精 度 要
求十 分严格 一般 应达 到 一
Hale Waihona Puke 级户浏 , 为质 量 中 心 与 回 转 中心 之 间 的位 移 ,
为角速度 。这样高的要求 ,仅在装配前对主轴 的每个零件 分别进行动平衡是 不够 的 , 必须 在装配后进行整体精确动平衡 , 甚至 设计专 门的 自动平衡 系统来 实现主轴在 线平 衡 ,以 确保主轴的高速平稳运行 。
油 雾 润 滑 属 持 续 润 滑 ,油 雾 经 过 油 路 ,源 源 不 断进 入 轴 承 ,有利 于 高 速 电主轴 稳 定 工 作 , 油 雾 润 滑 所 需 要 设备 简 单 、维 修 方 便 ,是 广泛 使 用 的一种 高 速 电主轴 润 滑 方式 。
高速 电主轴 的定子 由具 有高导磁率 的优
科技纵横
高速电主轴原理与结构设计
文 韩 江 王二镇
【摘 要 】介绍高速电主轴工作原理和 轴单元 ,也被称 为 内装式 电主轴 ,其 间不再使
基本结构 , 分析电主轴的轴承选择与装配 、动 用皮 带齿轮传 动 副 , 从 而 实现机床 主轴 系统 平衡 、轴承润滑 、主轴 密封 、电机冷却方式 、松 的“零传 动 ”,通 电后转子直接带动主轴运转 。
码器 、松 刀油缸 、旋 转接头 前端 的内锥孔和 端面用于安装刀具 、刀具夹爪 中间有刀具拉 杆 、刀具夹紧弹簧 。
电主轴 的轴承 及 装配 方式 电主轴 的轴承 高速 电主轴 的核心支撑部件是高速精密 轴承 。因为 电主轴 的最高转速和轴承 的大小 、 布 和润滑 方法有很大关系 , 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 发研制 了陶瓷轴承 、磁浮轴承 、动静压轴承 。 轴承 的装配 方式
负荷 ,也就是锁紧螺母 的扭矩为
。
定子 与转子
承精 密润滑系统来控制轴承 的温升 ,来保证机 床工艺加工系统 的精度和稳定性 。高速 电主轴 的润滑主要指主轴轴承 的润 滑 , 一般 以脂润 滑 、油雾润滑和油气润滑三种 方式为主 。
脂润 滑在 甘 值较低 的 电主轴 中是 较 常见 的润滑 方式 , 脂润滑型高速 电主轴结 构 简 单 ,使 用 方便 ,无污 染 ,通 用 性 强 ,但 主 轴 温升较高 、工作寿命较短 。
工作原理 电主轴 作 为加 工 中心 的核 心部 件 , 它将 机床主轴 与文流伺 服 电机轴 合二为一 , 即将 主 轴 电机 的定 子 、转 子 直 接 装 入 主轴 组 件 的 内部 ,并 经 过 精 确 的 动 平 衡 校 正 ,具 有 良好 的 回转精度和稳定性 , 形成一个完美的高速主
主轴的动平衡设计
角接触球轴承 的发热主要是滚子与滚道 之间的滚动摩擦 、高速下所受陀螺力矩产生 的滑动摩擦 以及润滑油 的粘性摩 擦等产生 的 。减小轴承发热量 的主要措施
适 当减小滚珠 的直径 。减小滚珠直径
可以减小离心力和 陀螺力矩 ,从而减小摩擦 , 减少发热量 。
采用新材料 。比如采用陶瓷材 料做 滚 珠 ,陶瓷球轴承 与钢质 角接触球轴承相 比 ,在 高速回转时 , 滚珠与滚道间的滚动和滑动摩 擦减小 ,发热量 降低 。
采用合理 的润滑 方式 。油气和油雾等 润滑方式对轴承 不但具有润滑作 用 , 还具有
一定 的冷却作用 。 润滑
轴承 的装配将直接影晌主轴 的精度和寿
超高速主轴必须采用合理 的 、可控制 的轴
命 ,因此轴承座尺寸精度 、位 精 度 、轴承 内外
圈衬套尺寸精度 、轴承装配预加载 负荷要求都
非常高 , 加 工 中心 电主轴 内锥孔面跳动要求
电主轴 的结构 电主轴 由主轴 及主轴箱本体 、内 式的 文流伺服 电机 、辅助装 、检测装置组成 。电 机 的转子采用压 配 方法与主轴做 成一体 ,主 轴则 由前后轴承 支撑 。转子定子通过冷却套 安装于主轴单元的壳体 中 。主轴 的变速 由主 轴驱动模块控制 , 而主轴单元内的温升 由冷 却装 控制 。在主轴 的后面装有测速测角编
国高速加工技术的发展 与应用 , 加速数控机 床产品的更新换代 , 建议进一步组织力 进 行技术攻关 , 早 日实现 电主轴 的专业化批 生产 。
参考文献
【 张伯霖等 超 高速加工与机床 的琴传 动 中国机 械工程
张伯霖 超高速切削的关键技术 机床
』文 怀 兴 夏 田 数 控 机 床 设 计 实 践 指 南
北京 化学工业 出版社
作者单位 合肥工业大学机械与汽车工
程学院
研究所 〕