數(shù)控機(jī)床電主軸單元技術(shù)

數(shù)控機(jī)床電主軸單元技術(shù)

----吳玉厚姓名：尚曜華學(xué)號：13721373目錄電主軸概述電主軸工作原理和結(jié)構(gòu)軸承技術(shù)潤滑、冷卻和動平衡技術(shù)心得及總結(jié)電主軸概述機(jī)床主軸由內(nèi)裝式電動機(jī)直接驅(qū)動，從而把機(jī)床主傳動鏈的長度縮短為零，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的“零傳動”。這種主軸電動機(jī)與機(jī)床主軸“合二為一”的傳動結(jié)構(gòu)形式，使主軸部件從機(jī)床的傳動系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)中相對獨(dú)立出來，因此可做成“主軸單元”，俗稱“電主軸”(ElectricSpindle,MotorSpindle)。電機(jī)內(nèi)置及直接驅(qū)動好處：1、帶輪或者齒輪傳動會在高速下加劇振動，產(chǎn)生噪音，影響加工效果。2、高速加工需要快速準(zhǔn)停，直接驅(qū)動會較少轉(zhuǎn)動慣量。3、電機(jī)內(nèi)置可提高主軸剛度，提高了系統(tǒng)固有頻率。4、運(yùn)行平穩(wěn)，延長壽命。5、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于專業(yè)化生產(chǎn)。

壞處：不利于散熱，需要專業(yè)的冷卻裝置。定義2電主軸的優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)速高功率大結(jié)構(gòu)緊湊慣性小剛度大振動小噪聲低響應(yīng)快CompanyLogo電主軸概述電主軸具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、振動小、噪聲低、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，而且轉(zhuǎn)速高、功率大，簡化機(jī)床設(shè)計，易于實(shí)現(xiàn)主軸定位，是高速主軸單元中的一種理想結(jié)構(gòu)。電主軸軸承采用高速軸承技術(shù)，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍。4、我國電主軸技術(shù)的現(xiàn)狀及與國外的差距(1)在電主軸的低速大轉(zhuǎn)矩方面

國外產(chǎn)品低速段的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到300N·m以上，有的更是高達(dá)600多N·m(如德國的CYTEC)，而國內(nèi)目前則多在100N·m以內(nèi)。(2)在高速方面

國外用于加工中心電主軸的轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到75000r／min(意大利CAMFIOR)，而我國則多在20000r／min以下。(3)在電主軸的潤滑方面

國外高速電主軸軸承已經(jīng)普遍采用先進(jìn)的油氣潤滑技術(shù)，而我國則仍然以油脂潤滑和油霧潤滑為主。(4)在電主軸的支承技術(shù)方面

國外已經(jīng)有動、靜壓液(氣)浮軸承電主軸(瑞士IBAG等)、磁浮軸承電主軸(瑞士IBAG)的成熟商品，在我國則仍然處于科學(xué)研究或小批量試制之中(5)在其它與電主軸相關(guān)配套技術(shù)方面

如電主軸內(nèi)裝電機(jī)閉環(huán)矢量控制技術(shù)、交流伺服技術(shù)、停機(jī)角向準(zhǔn)確定位(準(zhǔn)停)技術(shù)、C軸傳動技術(shù)、快速啟動與停止技術(shù)、HSK刀柄制造與應(yīng)用技術(shù)、主軸智能監(jiān)控技術(shù)等，國內(nèi)仍然不夠成熟，或不能滿足實(shí)際應(yīng)用需要電主軸原理與結(jié)構(gòu)1、電主軸由無外殼電機(jī)、主軸、軸承、主軸單元?dú)んw、驅(qū)動模塊和冷卻裝置等組成。2、電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支承。電機(jī)的定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。3、主軸的變速由主軸驅(qū)動模塊控制，而主軸單元內(nèi)的溫升由冷卻裝置限制。4、在主軸的后端裝有測速、測角位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。電主軸原理與結(jié)構(gòu)1.1.1軸殼軸殼是高速電主軸的主要部件.軸殼的尺寸精度和位置精度直接影響主軸的綜合精度.

通常將軸承座孔直接設(shè)計在軸殼上.電主軸為加裝電機(jī)定子,必須開放一端.大型或特種電主軸,可將軸殼兩端均設(shè)計成開放型.1.1.2轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸是高速電主軸的主要回轉(zhuǎn)主體.它的制造精度直接影響電主軸的最終精度.必須對轉(zhuǎn)軸進(jìn)行嚴(yán)格動平衡測試.部分安裝在轉(zhuǎn)軸上的零件也應(yīng)隨轉(zhuǎn)軸一起進(jìn)行動平衡測試.1.1.3軸承高速電主軸的核心支承部件是高速精密軸承.因電主軸的最高轉(zhuǎn)速取決于軸承的大小、布置和潤滑方法,所以這種軸承必須具有高速性能好、動負(fù)荷承載能力高、潤滑性能好、發(fā)熱量小的優(yōu)點(diǎn)1.1.4定子與轉(zhuǎn)子高速電主軸的定子由具有高導(dǎo)磁率的優(yōu)質(zhì)矽鋼片迭壓而成.轉(zhuǎn)子是中頻電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分,它的功能是將定子的電磁場能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能.轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、鼠籠、轉(zhuǎn)軸三部分組成.電主軸原理與結(jié)構(gòu)1.2工作原理高速電主軸電機(jī)的繞組相位互差120°,通以三相交流電后,三相繞組各自形成一個正弦交變磁場,這三個對稱的交變磁場互相迭加,合成一個強(qiáng)度不變,磁極朝一定方向恒速旋轉(zhuǎn)的磁場,磁場轉(zhuǎn)速就是電主軸的同步轉(zhuǎn)速.異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n由輸入電機(jī)定子繞組電流的頻率f和電機(jī)定子的極對數(shù)P決定。公式：n=60f/p轉(zhuǎn)速：通過利用變換輸入電動機(jī)定子繞組的電流的頻率和激磁電壓來獲得各種轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)向：改變電主軸輸入電流的相序,便可改變電主軸的旋轉(zhuǎn)方向.電主軸原理與結(jié)構(gòu)1、高速精密軸承技術(shù)2、電主軸的動態(tài)性能和熱態(tài)分析3、高速電機(jī)的驅(qū)動技術(shù)和矢量變頻技術(shù)4、精密加工和精密裝配技術(shù)5、潤滑和冷卻技術(shù)6、裝夾和自動換刀技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)電主軸原理與結(jié)構(gòu)電主軸型號有代號，安裝尺寸和轉(zhuǎn)速代碼等組成。含有套筒直徑、最高轉(zhuǎn)速和輸出功率等參數(shù)。轉(zhuǎn)速n=60f/p電主軸一般為異步電動機(jī)輸出功率用P表示。一般隨電源頻率和電壓而變化輸出轉(zhuǎn)矩用M表示，最大轉(zhuǎn)矩表示電主軸的過載能力。額定轉(zhuǎn)矩表示負(fù)載能力，最大轉(zhuǎn)矩一般是額定轉(zhuǎn)矩的2倍左右。瞬間最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩不能找過電主軸的最大轉(zhuǎn)矩，工作轉(zhuǎn)矩稍小于電主軸的額定轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、功率的關(guān)系恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速一般用于磨削用電主軸或者小型銑削用電主軸，注重考核高速時候的性能。恒功率調(diào)速一般在起步或者低速階段采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。在高速時候采用恒功率調(diào)速。Dmn值剛度和精度基本參數(shù)電主軸原理與結(jié)構(gòu)Dmn值反映了電主軸的功率和轉(zhuǎn)速的重要特征參數(shù)。一般如果Dmn小于等于1×可用油脂潤滑。Dmn小于等于1×，為高速或高速大功率電主軸，要求采用油氣潤滑或者油霧潤滑。剛度和精度和電主軸的前后軸承的配置方式、主要零件的制造精度、選用滾動軸承的尺寸的大小和精度等級、裝配的技藝水平和預(yù)加載荷有關(guān)。軸承技術(shù)軸承技術(shù)是超高速主軸系統(tǒng)的一項關(guān)鍵技術(shù)。采用較多的軸承形式有1磁懸浮軸承、2動靜壓軸承3和陶瓷球軸承。磁懸浮軸承優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械磨損小‘能耗低、噪音小、壽命長、無需潤滑、無油污染。而且磁懸浮軸承還是可控軸承，剛度和阻尼可調(diào)。缺點(diǎn)：價格昂貴、控制系統(tǒng)復(fù)雜。發(fā)熱問題不易解決。軸承技術(shù)動靜壓軸承優(yōu)點(diǎn)：綜合了動壓軸承和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)的新型多油鍥油膜軸承，既避免了靜壓軸承告訴下發(fā)熱嚴(yán)重和供油系統(tǒng)龐大復(fù)雜的缺點(diǎn)，與克服了動壓軸承啟動和靜止時可能發(fā)