电主轴技术讲座第六讲电主轴的选用
电主轴的介绍 090404041009
电主轴的介绍1.概括：高速数控机床（CNC）是装备制造业的技术基础和发展方向之一，是装备制造业的战略性产业。
高速数控机床的工作性能，首先取决于高速主轴的性能。
数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。
高速主轴单元的类型主要有电主轴、气动主轴、水动主轴等。
不同类型的高速主轴单元输出功率相差较大。
2.电主轴的结构：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。
3. 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。
4.电主轴的融合技术：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。
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。
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。
电主轴技术讲座第一讲电主轴概述
电主轴技术讲座第一讲电主轴概述
周延祐;李中行
【期刊名称】《制造技术与机床》
【年(卷),期】2003(000)006
【摘要】@@ 要发展和应用高速加工技术,首先必须有性能优良的高速数控机床.而高速机床的工作性能,首先取决于高速主轴.
【总页数】3页(P61-63)
【作者】周延祐;李中行
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TG5
【相关文献】
1.电主轴技术讲座第二讲电主轴的基本参数与结构(一) [J], 周延档;李中行
2.电主轴技术讲座第二讲电主轴的基本参数与结构(二) [J], 周延祐;李中行
3.电主轴技术讲座第三讲电主轴的电动机及其驱动模块 [J], 周延祐;李中行
4.电主轴技术讲座第四讲电主轴的性能参数 [J], 周延祐;李中行
5.电主轴技术讲座第五讲电主轴的支持技术和装置 [J], 周延祐;李中行
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第六章 电主轴计算
第三章电主轴的设计计算3.1电主轴材料的选择材料是影响电主轴各项性能的重要因素，电主轴工作时，主轴和轴承承受拉伸、压缩、剪切、弯曲、交变等复杂应力，而且应力值较大，这就要求主轴和轴承用材料经相应强化工艺处理后，具有高的硬度、高的耐磨性、高的接触疲劳强度、高的弹性极限、一定的冲击韧度和断裂韧性、良好的尺寸稳定性等使用性能。
此外，在一些特殊条件下工作的电主轴，还应具有满足如耐高温、抗辐射、耐腐蚀、无磁性，良好的低温性能等，同时，所用材料还应具有良好的工艺性能和经济性[5]。
常用的主轴材料有碳钢与合金钢，一般情况下通常选用价格便宜的45号钢或60号钢。
对于一般机床主轴常以45号钢为主，经调质到220~250HBS，某些重要部位淬火至50~55HRC。
若主轴加工载荷较大，为提高其抗疲劳性能可选用40Cr或50Mn2。
对于受冲击载荷较大的主轴，其轴颈处需要更高的硬度，因而可选用20Cr进行渗碳淬火处理使硬度至56~62HRC。
对于精密机床的主轴，在加工时要求其热膨胀变形不能太大，因此最好选择热处理后参与变应力小的材料，比如40Cr和45MnB等。
总之合金钢具有良好的机械性能淬透性，但因其价格高以及对应力集中较为敏感的缺点，合金钢也只用于尺寸和性能要求较高的场合[18]。
主轴材料具体的选用与热处理方式表3.1所示。
表3.1主轴材料的选用与热处理方式钢材热处理方式用途45 调质22～28HRC 一般机床主轴、传动轴11主轴转数高受到的冲击载荷较大，因而轴颈处需要较高的硬度，故选用20Cr 进行渗碳淬火处理使硬度至56~62HRC ；第二主轴最高转速只有6000r/min ，不受任何的径向与轴向载荷，轴颈处也无需较高的硬度，故选用40Cr 经淬火使硬度至48～55 HRC 。
3.2主轴直径的计算与校核 3.2.1主轴的计算根据电主轴的类型，其主轴可以分为两大类：第一类是普遍用于雕铣类的主轴，该类主轴是实心轴；第二类是普遍用于加工中心的主轴，该类主轴为空心轴，为了在加工时方便更换刀具，在该类主轴内部设计有松拉刀装置。
电主轴使用说明范文
电主轴使用说明范文1.介绍电主轴的作用和原理电主轴是一种用电能来驱动的主要加工工具，它可以实现高速、高精度和高效率的加工。
电主轴通过电机驱动，将电能转化成机械能，然后通过主轴本身的转动带动刀具进行加工。
电主轴通常由电机、轴承、主轴、冷却系统和刀具夹持系统等组成。
电主轴主要用于数控机床、工业机械制造等领域。
2.电主轴的安装和调试在安装电主轴之前，需要确保工作环境的清洁和干燥，防止灰尘和水分对其影响。
首先，将电主轴安装在机床上的主轴孔中，并使用螺栓和键进行固定。
然后，根据实际需要连接电源和电控系统。
在进行调试前，确保主轴和电机的运动部件是灵活的，没有阻塞或过紧。
调试时，根据电主轴的说明书进行相应的参数设置，如转速、转矩、加速度等。
调试完成后，检查电主轴是否能够正常运行，无异常振动和噪音。
3.电主轴的操作在使用电主轴之前，需要对其进行预热和冷却处理。
预热可以提高电主轴的工作效率和使用寿命，一般要求预热时间在5-10分钟。
冷却操作主要是为了降低电主轴的温度，避免过热造成损坏。
冷却方式可以根据具体工作要求选择，如空气冷却、水冷却和油冷却等。
在操作过程中，需要根据加工要求设置电主轴的运行参数，如转速、进给速度、铣削深度等。
同时，还需要根据具体工件材料选择合适的刀具和切削液，以达到最佳的加工效果。
4.电主轴的维护保养定期维护保养可以提高电主轴的使用寿命和稳定性。
首先，保持电主轴的工作环境清洁，防止灰尘和异物进入。
其次，定期检查电主轴的运动部件，如轴承是否磨损、润滑油是否充足等。
如果发现异常情况，需要及时进行维修或更换部件。
同时，根据使用频率和工作时间，定期更换润滑油和切削液，以保持电主轴的正常运行。
此外，还要注意避免过载和冲击，避免长时间高温运行，以避免电主轴受损。
5.电主轴的故障排除总结电主轴的使用需要注意安装和调试、操作规范、维护保养和故障排除等问题。
正确的操作和维护，可以保证电主轴的正常运行，并提高工作效率和加工质量。
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
电主轴技术水平参数
电主轴技术水平参数（原创版）目录1.电主轴技术水平参数概述2.电主轴的主要参数a.电机参数b.主轴刚性c.静态精度d.动态性能3.电主轴参数对机床性能的影响4.如何选择合适的电主轴参数5.结论正文一、电主轴技术水平参数概述电主轴是机床的核心部件之一，其性能直接影响到机床的加工精度、效率和稳定性。
电主轴技术水平参数主要包括电机参数、主轴刚性、静态精度和动态性能等方面。
了解这些参数对于选择合适的电主轴和优化机床性能具有重要意义。
二、电主轴的主要参数1.电机参数：电机参数主要包括功率 - 转速特性曲线图和扭矩 - 转速特性图。
这些参数可以反映电主轴在最高转速和最大功率时的转速点等性能。
2.主轴刚性：主轴刚性包括径向刚度和轴向刚度。
刚性主要是由前端刀具端的轴承决定，轴承越大主轴的刚性越好，但同时轴承越大主轴的最高转速也会受到限制。
3.静态精度：静态精度反映了主轴在静止状态下的轴向和径向跳动。
它是评价主轴精度的重要指标，但在选择电主轴时，静态精度并非唯一参考标准。
4.动态性能：动态性能主要包括高转速情况下的振动值、噪音和温度等。
这些参数对于评价电主轴在高速运行时的稳定性和性能具有重要意义。
三、电主轴参数对机床性能的影响电主轴参数对机床性能的影响主要体现在加工精度、效率和稳定性等方面。
选择合适的电主轴参数可以提高机床的加工精度和效率，同时提高机床的稳定性和可靠性。
四、如何选择合适的电主轴参数在选择电主轴参数时，需要综合考虑机床的加工范围、加工材料、加工工艺和性能要求等因素。
同时，要权衡电主轴的各项性能指标，选择最适合机床的电主轴参数。
五、结论电主轴技术水平参数是评价电主轴性能的重要指标，对于选择合适的电主轴和优化机床性能具有重要意义。
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。
— 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
1
2
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
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6/ 7 9/ 12 9/ 15 9/ 15 9/ 15 5/ 13 8/ 12 8/ 12 8/ 12
8 100 油 - 气 水
≤3
35
13 500 油 - 气 水
≤3
55
14 700 油 - 气 水 ≤1. 5 77
14 700 油脂 水 ≤2. 5 90
14 700 油 - 气 水 ≤1. 5 77
1709/ 24 E63 MFW - HSK
230 693 5 000 32 61. 1 14 500 34 2305/ 24 A - E63 MFW - HSK
260 807 1 400 24 163. 7 12 000 24 2603/ 16 A - 63 MFW - HSK
320 757 930 28 187. 5 8 000 26 3201/ 12 A - E63
45 FL45 80 000 70 000 50 000
FL60 80 000 70 000 50 000 60
FM60 80 000 70 000 50 000
FL80 70 000 60 000 45 000 80
FM80 60 000 54 000 40 000
FL80 50 000 45 000 32 000
15 000 42 000
9 000 24 000
2 480 18 000
1 000 12 000
2 500 18 000
1 700 20 000
3 840 24 000
1 200 12 000
1 200 12 000
6. 4/ 8. 3 HSK - E40 6 800 21/ 30. 8 HSK - A63 18 000
7. 5/ 12 8/ 12 8/ 12
8. 5/ 11 9/ 13 8/ 8. 5
松刀力 /N
润滑 方式
加 、减 冷却 速时间
/s
13 000 油 - 气 水
≤3
15 900 油脂 水
≤3
13 800 油脂 水
≤3
13 800 油脂 水
≤3
15 000 油脂 水
≤1
31 000 油 - 气 水
≤2
( min/ max)Leabharlann 松刀力 /N润滑 方式
加 、减 冷却 速时间
/s
重量 (约) / kg
HVC - 140 - 10 - 42 140 10/ 113 HVC - 170 - 20 - 24 170 20/ 29 HVC - 185 - 14 - 18 185 14/ 15. 5 HVC - 188 - 11 - 12 188 11/ 15 HVC - 188 - 15. 5 - 18 188 15. 5/ 19 HVC - 212 - 12 - 20 212 12/ 16 HVC - 230 - 24 - 24 230 24/ 31 HVC - 230 E - 20 - 12 230 20/ 24 HVC - 230 E - 20 - 12 230 20/ 24
拉刀力 /N
液压压力 / MPa
( min/ max)
HVC - 230 E - 20 - 15 230 20/ 24 HVC - 230 E - 18 - 15 230 18/ 24 HVC - 230 E - 18 - 15 230 18/ 24 HVC - 230 E - 10 - 12 230 10/ 13 HVC - 240 - 19 - 12 240 19/ 23 HVC - 287 - 40 - 15 287 40/ 52
(功率/ 转速) / [ kW/ (r/ min) ]
B — — — — — — — — — — —
10/ 25 000
13. 5/ 12 000 14. 5/ 18 000
17/ 20 000 18/ 20 000
18/ 12 000
C — — — — — — — — — — —
8/ 32 000
最大 输出 功率
/ kW
最大 转矩 / N·m
恒功率 段最高 转速/ (r/ min)
恒功率 段最大 功率
/ kW
恒功率 段最高 转速转矩 / N·m
最高 转速/ (r/ min)
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
2/ 80 000 2. 5/ 70 000
3/ 60 000 5/ 50 000 5. 5/ 45 000 8. 5/ 42 000 10/ 32 000 11. 5/ 24 000
10/ 20 000 13. 5/ 12 000 14. 5/ 12 000
17/ 15 000 20/ 15 000 20/ 9 000
表 3 瑞士 STEP - TEC 公司铣床和加工中心用电主轴型号和主要规格
型 号
套筒 功率 ( S 1/ S 6 计算速度 转矩 ( S 1/ S 6 直径 = 40 %) 最高转速 = 40 %) 刀具接口 / mm / kW / (r/ min) / N·m
拉刀力 /N
液压压力 / MPa
表 2 瑞士 IBAG公司矢量控制的电主轴型号和主要规格
主轴类型
HF120
主轴型号
120. 2A/ Z
最高 转速/ (r/ min)
油 - 气润滑混合轴承 油 - 气润滑钢轴承 油脂润滑混合轴承
恒功率 ( S 1) / kW 峰值功率/ kW
计算速度前的转矩 ( S 1) / N·m
40 000 32 000 32 000
14. 1 24 000 20
8. 0
200
22. 4 24 000 30
12. 0
200
19. 1 16 000 24
14. 3
220
31. 0 12 000 16
12. 7
240
径向静 态刚度/ ( N/μm)
200
200
300
370
制造技术与机床 2003 年第 12 期
· 79 ·
功能部件 Function Unit s
HSK - E63 HSK - E100 HSK - E100
BB T40
BB Y50
BB T40
170/ 370
170/ 435
170/ 341
230/ 500
250/ 500
300/ 798
52
63
44
150
200
300
4 500 4 500/ 6 000 4 500 4 500/ 6 000 4 500/ 6 000 4 500/ 6 000
GMN 公司提出的选用电主轴的计算流程见图 1 , 仅供参考 。
表 1～表 5 所列为国内外几家公司的 、主要应用 于加工中心和高速铣床的电主轴的品种和主要规格 , 供参考 。
表 1 瑞士 FISCHER 公司矢量控制驱动电主轴型号和主要规格
主轴型号
刀柄
套筒 直径
/ mm
套筒 长度
/ mm
计算 速度/ (r/ min)
·电主轴技术讲座·Seminar on Motorized Spindle
第六讲 电主轴的选用
Le sson Ⅵ Selection of Motorized Spindle
周延 李中行
Function Unit s 功能部件
在前面的叙述中 ,已多处提到电主轴的选用问题 。 实际上 ,选用电主轴最重要的是选定其最高转速 、额定 功率和转矩及其与转速的关系 。根据切削规范计算所 需的转速 、转矩和功率是每个设计师都胜任的工作 。 这里只提出几点注意事项 :
销售服务专家深入交谈 ,向他们交实际应用的“底”,多 听取他们有根据的有益建议 。经常有这样的情况 :在 他们详尽了解用户需求后 ,他们会对其标准产品略加 修改 ,即可提出能满足用户一些特殊需求的最佳方案 。
(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 。
10 000
21 000
17 000
17 000
16 000
10 000
8 000
25
30
30
30/ 40
30/ 50
30/ 55
81
95
107
185
142/ 162
150
16
29
16
71/ 95
143/ 150
310
HSK - E50 —
HSK - E63 BB T40
HSK - E63 HSK - E50
54/ 60 HSK - A63 18 000 110/ 143 HSK - A63 18 000
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
HF170
HF230
HF250
HF300
170. 0A/ Z 170. 4A/ Z 170. 5A/ Z 230. xA/ Z 250. xA/ Z 300. 4A/ Z
25 000
24 000
30 000
24 000
15 000
12 000
21 000
20 000
24 000
20 000
12 000